JiЛJJJJ]l, 7:lJ,,/д (TПlfJJiШПlJIJ
IJ';/Ш]fjJJJППШ. J
lп.,
1jJ![fJJJJ1J /
ГJL, LtlJ]ПЬ1JП,ПJJ !lШШP.JJliL·l11
,nшJШJlJJ{J ГШТJl/1,11IJШ[/JJI :
llll.l!t/} ' '
и
Серия «Ремонт и обслуживание»
КУЛИЧКОВ А. В.
Выпуск 22
Импульсные блоки питания
для IBM РС
Москва,2000
ББК 32.844
К90
Куличков А. В.
К90 Импульсные блоки питания для IВМ РС. - М.: ДМК, 2000. - 120 с.: ил. (Ремонт и обслужи­
вание; Вып. 22).
ISBN 5-89818-075-3
Книга посвящена вопросам ремонта и обслуживания импульсных источников вторичного
электропитания, ко-rорые используются практически во всем современном импортном и оте­
чественном радиоэлектронном оборудовании.
В книге рассмотрены теоретические вопросы проектирования и расчета импульсных источ­
ников питания, подробно описаны основы их схемотехники и принципы фующионирования.
Описываются различные способы стабилизации выходных напряжений, способы защиты ис­
точников питания от перегрузок во вторичных цепях, а также рассматриваются способы от­
ключения источников питания при повышении выходных напряжений выше установленных
пределов.
В качестве примеров рассмотрены источники питания современных компьютеров АТ и АТХ
форм-факторов. В соответствующих разделах рассмотрены типовые неисправности и методы
их поиска и устранения.
Книга предназначена для специалистов, занимающихся ремонтом и обслуживанием вычис­
лительной техники и другой радиоэлектронной аппаратуры с импульсными источниками вто­
ричного электроnитания, подготовленных радиолюбителей и студентов высших и средних
специальных учебных заведений.
ББК 32.844
Все права защищены. Любая часть этоА к11иrи не может быть воспроизведена в какоА бы то ни было форwс и какиwи
бы то ни бЫJ10 средствами без письменного разрешения мадельuа авторских прав.
Материал, изложенный в даниой книге, многократно проверен. Но, поскольку веро11пюсть наличим техиических
оu,ибок вес равио существует, издательство ие может гарантировать абсолют11ую точность и правильность приводи•
мых с.ведениА.. В св11з11 с этим издательство не несет ответственности за воомоJ1СИЫА ущерб любого вида. св11эаниый
с приwенением или неприменимостью любых материалов данной книги.
ISBN 5-89818-075-З
©ДМК,2000
Содержание
Предисловие ......................................................................................................................................................... 5
Список сокращений ........................................................................................................................................ 7
ГЛАВА 1
Введение в схемотехник у импульсных источников питания .................................... 8
1.1. Структурные схемы импульсных источников питания ................................................................ 9
1.2. Принципы построения бестрансформаторных источников питания .............................. 1 О
1.2.1. Автогенераторные каскады ВЧ преобразователей ........................................................................ 11
1.2.2. Методы стабилизации напряжения в импульсных преобразователях напряжения ................. 18
1.2.3. Основные схемы транзисторных усилителей мощности ............................................................... 22
ГЛАВА 2
Импульсный источник вторичного электропитания
констр уктива АТХ фирмы DTK ........................................................................................................... 24
2.1. Основные технические характеристики ........................................................................................ 25
2.2. Конструкция блока питания ................................................................................................................ 26
2.3. Структурная схема ................................................................................................................................... 27
2.4. Принципиальная с�ема .......................................................................................................................... 29
2.4.1. Автогенераторный вспомогательный источник ................................................................................ 32
2.4.2. ШИМ регулятор ............................................................................................................: .......................... 36
2.4.3. Импульсный усилитель мощности ........................................................................................................ 43
2.4.4. Вторичные цепи источника питания .................................................................................................... 47
2.4.5. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов ............................................................. 54
2.5. Проведение работ с блоками питания конструктива АТХ .................................................... 57
2.5.1. Проверка каскада ШИМ преобразователя ..................................................................................... 60
2.5.2. Безопасная проверка функционирования силового каскада ....................................................... 61
2.5.3. Заключительная проверка блока питания ........................................................................................ 61
2.6. Основные неисправности, методы их поиска и устранения ................................................ 62
ГЛАВА З
Импульсные источники питания персональных компьютеров
типа АТ/ХТ ............................................................................................................................................................. 66
3.1. Основные технические характеристики ........................................................................................ 67
3.2. Конструкция блока питания ................................................................................................................ 68
3.3. Структурная схема ................................................................................................................................... 69
3.4. Принципиальная схема .......................................................................................................................... 71
3.4.1. ШИМ преобразователь ....................................................................................................................... 75
3.4.2. Импульсный усилитель мощности ........................................................................................................ 83
3.4.3. Вторичные цепи источника питания .................................................................................................... 89
3.4.4. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов ............................................................. 92
Содержание
3.5. Проведение работ с блоками питания компьютеров класса АТ/ХТ .............................. 108
3.5.1. Проверка каскада ШИМ преобразователя .................................................................................. 109
3.5.2. Безопасная проверка функционирования силового каскада ..................................................... 11 О
3.5.3. Заключительная проверка блока питания ...................................................................................... 11 О
3.6. Основные неисправности, методы их поиска и устранения ....,......................................... 111
ПРИЛОЖЕНИЕ
Элементная база для замены радиодеталей ..................................................................... 115
4
Предисловие
До недавнего времени в отечественной литературе уделялось недостаточ­
ное внимание публикациям, в которых описывались способы ремонта кон­
кретных электронных устройств. Исключение составляли журнал «Радио»
и книги серии «Массовая радиобиблиотека», однако даже в этих книгах
и статьях основная часть материалов была посвящена работе узлов, непо­
средственно связанных с исполнением потребительских функций. Источни­
ки питания в большинстве таких устройств были выполнены по однотипным
схемам, и принцип их действия был достаточно простым. С развитием элек­
тронной техники появилось много новых видов радиоэлектронных приборов
бытового назначения, предназначенных для повседневного использования.
За этот период произошла существенная модернизация отдельных узлов
и, в частности, источников вторичного электропитания. Во многих моделях
современного импортного и отечественного радиоэлектронного оборудова­
ния в качестве источников вторичного электропитания теперь используются
экономичные импульсные преобразователи энергии первичной сети. Источ­
ники питания такого рода широко применяются и в современных персональ­
ных компьютерах.
В предлагаемой читателю книге подробно рассмотрены принципы дейс­
твия импульсных источников вторичного электропитания, варианты их струк­
турных и принципиальных схем, а также даны основные расчетные соотно­
шения, необходимые при проектировании аппаратуры подобного типа.
Кроме того, в книге детально описаны реальные импульсные источники пи­
тания, применяемые в современных компьютерах типа IBM РС ХТ/АТ и АТХ
форм-факторов, а также приведены характерные неисправности источников
питания компьютеров, методы их поиска и устранения.
Несмотря на постоянное совершенствование электронных устройств
и повышение их надежности, техника те� не менее нуждается в ремонте,
причем выполнение подобных работ требует все более квалифицированно­
го подхода. Методика устранения возникающих неисправностей определя­
ется характером отказа прибора и может быть произведена либо путем за­
мены отдельных элементов, либо целых блоков (это экономит и финансы,
и время). Данная книга как раз предназначена для тех, кто хочет, во-первых,
квалифицированно и самостоятельно, с минимальными затратами, спра­
виться с возникшими неполадками и, во-вторых, удовлетворить профессио­
нальное любопытство и расширить свои знания в области схемотехники со­
временных импульсных бестрансформаторных источников питания.
Ремонт может быть осуществлен в разных местах и различными способами:
• в специализированных мастерских при наличии полного комплекта ори­
гинальных запасных частей, тестирующего оборудования и стендов;
• квалифицированными специалистами с выездом к заказчику;
• самостоятельно, если вы обладаете необходимыми знаниями и имеете
возможность приобретать комплектующие части для замены.
Как уже было сказано выше, книга рассчитана на специалистов, занимаю­
щихся ремонтом радиоэлектронного оборудования и ПК, радиолюбителей,
интересующихся принципами функционирования источников питания, а так­
же владельцев радиоэлектронной техники, решивших самостоятельно про­
извести ремонт. Понятно, что их квалификация может быть различной.
И если кому-то достаточно только наличия принципиальной схемы источни­
ка nитания, то другому необходима как сама схема, так и развернутое пояс­
нение к ней. Книга построена таким образом, чтобы удовлетворить все за­
просы читателей. При этом автор стремился изложить материал в как можно
более доступной форме. Автор считает, что приведенные в книге краткие
5
Предисловие
сведения теоретического характера позволят читателям свободнее ориен­
тироваться не только в конкретных схемах, рассмотренных в книге, но
и способны дать представление о схемотехнике импульсных преобразова­
телей, как об одном из важных направлений электронной техники. Справоч­
ные данные по пассивным и активным компонентам помогут выполнять
ремонтные работы в условиях, когда нет возможности приобрести ориги­
нальные элементы для замены дефектных деталей. В этом случае, исполь­
зуя приведенные расчетные соотношения, можно применять элементы,
которые есть в наличии, причем выбирать только аналогичные по парамет­
рам и совместимые по конструкции. Учитывая, что схемы, рассмотренные
в книге, построены с использованием высоковольтной элементной базы,
подбор аналогов должен проводиться самым тщательным образом. Пра­
вильный выбор замены будет гарантировать не только работоспособность
восстановленного блока питания, но и вашу безопасность.
б
Список сокращений
АВИ
БП
ВЧ
ИБП
ИОН
КЗ
КПД
КС
НЧ
ПК
ПН
СИП
СК
УМ
ФПН
ЧИМ
ШИМ
ЭДС
автогенераторный вспомогательный источник
бестрансформаторный преобразователь
высокая частота, высокочастотный
импульсный блок питания
источник опорного напряжения
короткое замыкание
коэффициент полезного действия
каскад сопряжения
низкая частота. низкочастотный
персональный компьютер
преобразователь напряжения
схема измерения перенапряжения
согласующий каскад
усилитель мощности
формирователь пилообразного напряжения
частотно-импульсная модуляция
wиротно-имnульсная модуляция
электродвижущая сила
7
ВВЕДЕНИЕ В СХЕМОТЕХНИКУ
ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПИТАНИЯ
Каждое электронное устройство оснащено источником вторичного электро­
питания. Специфика исполнения источника и его технические параметры
определяются общесистемными требованиями к устройству в целом и усло­
виями его эксплуатации. В общем случае источники вторичного электропита­
ния - это преобразователи первичной энергии в энергию, пригодную для ра­
боты данного устройства, наделенного определенными пользовательскими
функциями. Дополнительной, часто безусловно необходимой функцией ис­
точника электропитания может быть обеспечение гальванической развязки
между источником первичного напряжения и нагрузочными цепями.
Тип приборов под общим названием "источники питания» объединяет
множество устройств. К их числу относятся как простые, на ·первый взгляд
(если не вдаваться в тонкости их устройства), электрохимические элемен­
ты с заданными характеристиками для переносных приборов, так и доста­
точно сложные, стационарные преобразователи энергии. Последние выпол­
нены на основе узлов, способных осуществлять различные виды подстроек
и регулировок для защиты от внешних и внутренних дестабилизирующих
факторов. Качество работы и временная стабильность параметров источни­
ка питания зачастую является определяющим фактором работоспособнос­
ти прибора в целом. Поэтому при проверке технических характеристик того
или иного устройства источнику питания следует уделять особое внимание.
В последние десятилетия произошла замена традиционных источников пи­
тания стационарного оборудования на основе силовых трансформаторов,
функционирующих на частоте питающей сети, импульсными источниками пи­
тания, или так называемыми бестрансформаторными преобразователями
первичного сет�вого напряжения. Принцип их действия основан на преобра­
зовании исходного первичного напряжения низкой частоты (десятки герц) пи�
тающей промышленной сети в более высокочастотные колебания (несколько
десятков килогерц) с последующей трансформацией. В настоящее время
преобразователи подобного типа составляют большинство источников вто­
ричного электропитания устройств как бытового, так и промышленного назна­
чения. В данной книге будут рассмотрены именно импульсные источники пи­
тания с бестрансформаторным подключением к первичной сети напряжения
220 В, 50 Гц, а на преобразователи, построенные по традиционной схеме, мы
будем ссылаться лишь при сравнении качественных характеристик.
в
Структурные схемы импульсных источников питания
1.1. Структурные схемы
импульсных источников
питания
Необходимость использования входного фильт­
ра обусловлена тем, что, во-первых, этот фильтр
должен устранять резкие кратковременные скачки
питающего напряжения и импульсные помехи,
вызванные работой расположс1111ых поблизости
импульсных устройств (ВЧ nомс:-.11) или возника­
ющие в момент подключения или отключения от
сети смежных нагрузок. Во-вторых, фильтр должен
эффективно устранять помехи, проникающие
в сеть непосредственно от используемого источни­
ка питания.
ВЧ трансформаторы. применяемые в ИБП, яв­
ляются преобразоватслям11 импульсных колеба­
ний с полосой частот до нескольких (если не выше)
мегагерц. Передача энергии трансформатором име­
ет двухсторонний характер. В наnравлен11и сеть нагрузка происходит передача колебаний ВЧ пре­
образователя. В обратном же направлении, то есть
нагрузка - преобразователь - есть, могут переда­
ваться помехи, возникающие при работе наrру­
зоч11ых цепей. Если, например, ИБЛ установлен
в вычислительной системе, то эти помехи могут
содержать элементы информационных составляю­
щих обрабатываемых данных. Причем, как прави­
ло, в направлении сеть - нагрузка трансформатор
действует как понижающий, и, следовательно,
в обратном направлении 011 работает как повыша­
ющий. Если входной фильтр не установлен, то по­
мехи, возникающие непосредственно в устройстве,
будут эффективно транслироваться в сеть с частью
информационной составляющей. Таким образом,
входной фильтр применяется не только для устра­
нения паразитного эффекта обратной трансформа­
ции, но и для защ11ты от утечки информации.
В импульсном исто•шике питания (см. рис. 1.1)
используется каскад ВЧ преобразователя автоrене­
раториоrо типа, режим автоколебаний которого оп­
ределяется только значением номиналов ero соб­
ственных элементов и не реrулируется.
Источник питания, выполне1-шый по схеме, при­
веденной на рис. 1.1, может дополнительно вклю­
чать в себя датчик перегрузки, ко,·орый воздейс-�·вует
либо на стабилизатор, либо на ВЧ преобразователь,
блокируя ero работу до момента устранения причи­
ны неисправности.
При правильном подборе элементной базы ис­
точник, изготовленный по данной схеме, прост
в реализации - в этом его главное преимущество,
однако из-за сравнительно низкого КПД использу­
ется редко. Падение КПД будет происходить при
увеличении числа вторичных каналов различных
напряжений, так как для каждого из них потребу­
ется отдельный стабилизатор напряжения. Суще­
ственным недостатком схемы может быть и очень
Переход на использование преимущественно им­
пульсных источни1<ов питания обусловлен рядом
технических и экономических факторов, наиболее
важными из которых являются следующие:
• источники бестрансформаторного питания
(ИБП) мощностью до 500 Вт имеют суще­
ственно более высо1<ие массо1·абаритные харак­
теристики по сравнению с аналогами, изrотов­
леш-lЬtми на основе сетевых трансформаторов;
• обмотки трансформаторов ВЧ колебаний ИБП
имеют более высокую плотность тока, при их из­
готовлении используется гораздо меньше цвет­
ного металла, что приводит к снижению затрат
на производство и на исходные материалы;
• высокая индукция насыщения и малые удель­
ные потери материалов сердечников ВЧ транс­
форматоров позволяют создавать ИБП с об­
щим КПД, превышающим 80%, что в обычных
источниках недостижимо;
• широкие возможности по автоматической ре­
rулировке номиналов выходных вторичных на­
пряжений посредством воздействия на первич­
ные цепи ВЧ преобразователя.
Рассмотрим несколько примеров структурных
схем построения ИБП с напряжением первичной
сети 220 В, 50 Гц.
На рис. 1.1 представлена структурная схема им­
пульсного источника питания, выполненного по
достаточно традиционной схеме.
Выпрямитель, фильтр и стабилизатор, имеющи­
еся во вторичной цепи данного источника m,,�тания,
построены на основе узлов, встречающихся в обы,1ных источниках электропитания. Названия этих
узлов раскрывает их назначение и не нуждается
в пояснении. Способ реализации стабилизатора
(линейный или импульсный) в данном случае не
так важен по сравнению с его присутствием в качест­
ве отдельного функционального узла. Вторичная
цепь электропитания в различных вариантах ис­
полнения источника может быть дополнена еще
одним фильтром, который устанавливается между
стабилизатором и наrру:tкой. Основными узлами
первичной цепи являются: входной фильтр, выпря­
митель сетевого напряжения и ВЧ преобразователь
выпрямленного питающего напряжения с транс­
форматором TV.
2·717
9
Принципы построения ИБП
1V
"-220 В
Bxogнou
q,u,omp
Cemee>oo
e>t1npAмu mело
u cpuлomp
ВЧ
Bt:tnp:::1-мumeлt>
u q,u,omp
nреоброэоt>о me ,о
Cmoбu,uзomop
Ногруэко
Рис. 1.1. Структурная схема нерегулируемого импульсного источника питания
от номинального. В частности, в схему управления
может входить узел защиты каскада УМ от пере­
груз1<И и короткого замы1<ания.
Наличие ШИМ передаваемого напряжения
предъявляет определенные требования к парамет­
рам и построению сглаживающего филътра вы­
прямленного вторичного напряжения. Первым эле­
ментом данного фильтра после выпрямителя должна
быть катушка индуктивности в I<аждом канале вто­
ричного напряжения.
На схеме, показанной на рис. 1.2, представлена
структура одноканальной системы питания, реаль­
ные же источники имеют, как правило, несколько
вторичных каналов с различной нагрузочной спо­
собностью. Измерительная цепь в таких случаях
подключается к 1<а11алу с самым большим потреб­
лением. Стабилизация остальных каналов произво­
дится с помощью отдельных стабилизаторов или
методов регулирования, основанных на взаимодей­
ствии магнитных потоков. В других случаях приме1�яются схемы выходных фильтров, вылолнею1ых
на общем для всех выходных каналов магнито­
проводе. Подстройка напряжения по не основным
каJ1алам может производиться в небольшом диапа•
зоне и при относительно малых изменениях нагруз­
ки. При описании практических схем реализации
БП вопросы стабилизации вторичных напряжений
одновременно по нескольким каналам будут рас­
смотрены более подробно.
высокая чувствительность автогенераторов, сов­
мещенных с силовым каскадом ИБП, I< величиие
наrруз1<И. Ее изменение может привести к срыву
ВЧ колебаний и нестабильности работы источника
питания подобного рода.
Структурная схема сетевого источника питания,
построенного с учетом оптимальных принципов
регулирования выходного напряжения, представле­
на на рис. 1.2.
Принципиальное отличие данной структурной
схемы от предыдущей заключается в отсутствии
стабилизатора вторичного напряжения. Кроме
того, в нее добавлеli.ы измерительная цепь, задаю­
щий генератор, схема управления, а также измене­
ны функции каскада ВЧ преобразователя. Силовой
каскад работает в режиме усилителя мощности
колебаний, поступающих со схемы управления.
Его нагрузкой является ВЧ трансформатор. Здесь
ВЧ преобразователем можно назвать совокупность
следующих узлов: задающий генератор, схема управ­
ления, ВЧ усилитель мощности, ВЧ трансфор·
матор (ТV). Источник, выполненный в соответствии
со структурной схемой, приведенной на рис. 1.2,
одновременно осуществляет две функции - преобра·
зование и стабилизацию напряжения. Схема управ­
ления включает в себя широтно-импульсный моду­
лятор и полностью определяет режим работы УМ.
Выходное напряжение схемы управления имеет
форму прямоугольных импульсов. Изменение дли­
тельности паузы между этими импульсами регули­
рует поступление энергии во вторичную цепь. Ис­
ходные параметры для работы схемы управления это сигналы ошибки, поступающие от измеритель­
ной цепи, в которой производится сравнение эта­
лонного значения напряжения с реальным, присут­
ствующим в данный момент на нагрузке. По сигналу
ошиб1<И схема управления изменяет длитель­
ность паузы между импульсами в сторону ее уве­
личения или уменьшения, в зависимости от вели­
чины отклонения реального значения напряжения
t2.Принципыпостроения
бестрансформаторных
источников питания
Прежде чем перейти к обсуждению практических
схем источников питания рассмотрим несколько
возможных вариантов построения отдельных функ·
циоиальных узлов импульсных источников питания.
1V
"- 220 В
Bxog�oo
cpu,omp
ВЧ
Cemet>oo
e»t1npямume11ь
ycunume.110
мowнocmu
Зogoюwuo
О<емо
ynpot>•e"uя
u cpu,omp
2e1-,epomop
8D'npямumeлo
u cpu,omp
Иэмерumелоf-4ОА
цеnь
Рис. 1.2. Структурная схема регулируемого импульсного источника питания
10
Ногруэ<о
Принципы построения ИБП. Автогенераторные каскады ВЧ преобразователей
Это позволит читателям лучше понять. почему
при проектировании реальных схем предпочтение
отдается тому или иному схемотехническому ре­
шению.
+ о-----�--,
Rсм
Un
vr
1.2.1. Автогенераторные каскады
ВЧ преобразователей
ТV
Ш··
VD
Рис. 1.3. Схема однотактного автогенераторного
преобразователя с обратным включением диода
Как видно из рисунков структурных схем ИБП
(см. рис. 1.1 и 1.2) основным узлом, обязательно
входящим в состав каждоrо подобноrо источника
питания, является ВЧ преобразователь. Его назна­
чение состоит в формировании на обмотке транс­
форматора из выпрямленноrо напряжения первич­
ной сети импульсноrо напряжения требуемой
формы. Вид получаемого импульсного напряжения
определяется типом используемоrо трансформато­
ра, с помощью которого происходит передача энер­
гии в нагрузку и обеспечивается гальваническая
развязка от источника первичноrо напряжения.
Собственно группа элементов формирователя на­
пряжения специальной формы вместе с трансфор­
матором и составляют ВЧ преобразователь. Его
параметры и надежность работы являются опреде­
ляющим фактором функционирования источника
питания и, конечно, блоков нагрузки. Работа всех
ИБП основана на том же принципе преобразоваhия
энерп,и, а схемотехнические решения различаются
способами подключения ВЧ трансформаторов к ак­
тивной части преобразователей и методами стаби­
лизации выходного напряжения.
В данной книrе рассмотрены преобразователи
напряжения первичной сети 220 В, 50 Гц с номи­
нальной мощностью до 500 Вт, поэтому особое вни­
мание при описании ВЧ преобразователей уделено
применению высоковольтных активных компонен­
тов - транзисторов и диодов, - элементов для
фильтрации выпрямленного напряжения. а также
критериям их подбора для использования в им­
пульсных источниках питания.
В настоящее время в ИБП применяются два ос­
новных типа ВЧ преобразователей - одно- и двух­
тактные. Оба типа используются как в схемах с авто­
rенератором на силовых элементах (транзисторах),
так и в схемах с внешним управлением. Во втором
случае силовые активные элементы работают в ре­
жиме усилителей мощности.
Пример силового каскада, выполненного по авто­
rенераторной схеме, представлен на рис. 1.3.
Каскад выполнен на транзисторе по схеме релак­
сационноrо импульсного генератора. Схема содер­
жит один трансформатор ТУ, на котором размеще­
ны все обмотки. Входное напряжение питания U"
поступает на коллектор транзистора VT через пер­
вичную обмотку W1 трансформатора ТV. Сигнал
обратной связи подается на базу транзистора v·
с обмотки WЗ. Начало каждой обмотки обозначено
точкой. Ко вторичной обмотке W2 последовательНt
подключены выпрямительный диод VD, конденса
тор С и условная нагрузка Rн. Важной особенность1<
выполнения однотактных преобразователей явля
ется способ подключения выпрямительного диод.
во вторичной цепи. Способ подключения диода
соrласно рис. 1.3, называется обратным, так ка�
диод VD открывается при закрытом транзистор,
VT и закрывается при открывании транзистора V1
Ток коллектора транзистора VT при этом имее·
форму, показанную на рис 1.4.
Автоrенераторный преобразователь работае·
следующим образом. В начальный момент временr,
при подаче напряжения питания
на схему чере:
резистор Rсм на базу транзистора VT поступает от
пирающий положительный потенциал. Транзисто�
начинает открываться, через него и первичную об
мотку W1 трансформатора ТV протекает нараста•
ющий ток, который вызывает увеличение магнит·
ноrо потока в сердечнике трансформатора. Пр"
этом в обмотке обратной связи WЗ наводИтся ЭДС
самоиндукции. Обмотки W1 и WЗ подключаются
к элементам схемы таким образом, что наведенная
в обмотке WЗ ЭДС способствует отпиранию
транзистора VT. Резистор Rб определяет ток, про­
текающий через базовый переход транзистора VТ.
Коrда ток коллектора транзистора VT достигает
максимального значения, нарастание маrнитноrо
потока в сердечнике трансформатора TV прекра­
щается. Полярность напряжения на обмотке обрат­
ной связй WЗ меняется на противоположную,
и транзистор VT запирается.
u.
lкm
ln
Рис 1.4. Форма тока коллектора транзиаора
в схеме автогенераторного преобразователя
с обратным включением диода
11
Принципы построения ИБП. Автогенераторные каскады ВЧ преобразователей
В зависимости от полярности подключения вы­
прямительного диода VD во вторичной цепи изме­
няется способ передачи энергии в нагрузку. В ВЧ
преобразователе, собранном согласно рис. 1.3, при
открытом транзисторе УТ !< первичной обмотке
приложено нанряжение U11 U к ,,х· Во вторичную
обмотку происходит передача импульса длительно­
стью tи (см. рис. 1.4.). В этот момент положитель­
ное напряжение оказывается приложенным к за­
крытому диоду VD, который отключает вторичную
обмотку от нагрузки.
В течение времени t (время паузы), то есть ког­
да транзистор УТ закрыт, полярность напряжения
во всех обмотках меняется на противоположную,
диод VD открывает� и напряжение с обмотки W2
поступает на фильтр (конденсатор С) и нагрузку,
при этом конденсатор С заряжается. Конденсато­
ром С накапливается энергия, расходуемая во вре­
мя следу10щеrо цикла, когда транзистор снова от­
крывается, а выпрямляющий диод VD запирается.
Таким образом обеспечивается протекание через
нагрузку постоянного тока. Сглаживающий фильтр
образуется конденсатором С и индуктивностью
вторичной обмотки W2 трансформатора ТУ.
Нэ рис. 1.5 представлена схема подключения
нагрузки с прямым включением выпрямительно­
го диода (рис. 1.Sa) и форма коллекторного тока
(рис. 1.Sб), соответствующая данной схеме.
В схеме (см. рис. 1.5а) энергия передается в на­
грузку синхронно с открыванием силового транзис·
тора - интервал t. (см. рис. 1.56) .
Эквивалентные схемы, поясняющие процессы,
протекающие в кас1<аде с прямым в1<лючением дио­
да, изображены на рис. 1.6 .
На рис. 1.6 транзистор представлен в виде ключа
SW1, который включается и выключается в опре­
деленные моменты времени (стрелками указано на­
правление протекания тока).
В момент открывания транзистора и передач.и эне
rnи во вторичную цепь (как показано на эквивален
ной схеме рис. 1.6а, где LC фильтр и нагрузка подкл1
чены к источнику напряжения U 11) ток 1 11, протек.
в нагрузку Rн через дроссель Lф, входящий в с
став фильтра, запасает в нем :>Нерrию. Величину н
копленной энергии можно вычислить по формул
-
W = 0,5LФi/t"
Конденсатор сглаживающего фильтра С в теч
ние действия импульса t11 (при замкнутом клю,
SW1) заряжается до напряжения U
Во время паузы t когда энергия от первично�
источника не подается (см. рис. 1.66, ключ SW1 р,
зомкнут), запасенная в дросселе Lф энергия пост)
пает в нагрузку Rн. Замкнутый контур (протекаю1,
тока нагрузки I.) образуется цепью из дросселя L1
(нагрузки Rн) блокирующего диода VD2.
Длительности импульсов (времени открытоr
состояния силового транзистора) и пауз в однота1<
тных преобразователях определяются напряжени
ем питания сети, индуктивными параметрами ос
моток высокочастотного трансформатора и могу
быть рассчитаны по формулам:
11
U6mop
!и
ln
VD2
с
Rн
�
6)
1�m
(1.1)
(1.2)
swt
SWI
1
tu
= fk ,пах L1 / Uп
= !tmaxL2Wi IUнW2
Из приведенных соотношений видно, что в обще�
случае длительности импульса t. и паузы t" не рав
ны. В течение всего цикла работы ВЧ преобразова
теля через обмотки трансформатора в противопо
ложных направлениях протекают токи, хоторьн
воздействуют на сердечник трансформатора, пере
маrничивая ero. Так как длительности действия им·
пульса и паузы не совпадают, не происходит 11 пол­
ной взаимной компенсации магнитных потоков
и сердечник постепенно намаrничивается nосред·
ством наиболее длительного сиrнала. Снижаются его
магнитная проницаемость, уменьшается индуктив­
ность трансформатора, эффективность работы преоб­
разователя падает. В этом случае нужно применять
либо магнитопроводъ1 с заведомо увеличенной мощ­
ностью рассеяния, что приведет к неоправданному
возрастанию габаритов источника питания, либо, что
более правильно, специальные меры по устранению
или компенсации эффекта подмаrничивания.
l�
VD1
а)
11•
,
0
tn
Tn
VD2
,....
с
а) ,...___..__.___,
Рис. 1.5. Схема включения нагрузки с прямым
включением диода {а) и форма тока коллектора
транзиаора преобразователя (6)
Rн
J��2--
"""
"'-C-- Rн
6)
Рис. 1.6. Эквивалентные схемы вторичной цепи
каскада с прямым включением диода
12
Принципы построения ИБП. Автогенераторные каскады ВЧ преобразователей
На практике используется несколько вариантов
принудительного компенсационного подмаrничи­
вания сердечника с помощью технолоrическ11х
приемов или дополните.��ьно установленных эле­
ментов. Одним из способов является выполнение
сердечника трансформатора на магнитопроводе
с небольшим воздушным зазором. Однако это не
всегда удобно и технологично, особенно в транс­
форматорах на кольцевых сердечниках. В качестве
элемента для дополнительного перемагничивания
может служить блокировочный конденсатор, уста­
навливаемый параллельно первичной обмотке
трансформатора. Во время паузы, когда транзистор
закрывается, конденсатор постепенно разряжается
через первичную обмотку трансформатора. Разр�д­
ный ток создает магнитный поток, который пере­
маrничивает сердечник. Величина этого конденса­
тора должна быть такой, чтобы длительность паузы
составляла не менее четверти периода колебаний
контура, образованноrо индуктивностью первич­
ной обмотки трансформатора L 1 и емкостью бло­
кировочного конденсатора Сбл.
В преобразователях с прямым вrслючением диода
для устранения намагничивания сердечника транс­
форматора может быть использована дополнитель­
ная цепь, состоящая из диода и обмотки, намотанной
на тот же сердечник. Фрагмент прющипиальной
схемы силовой цепи такого ВЧ преобразователя
представлен на рис. 1.7.
В данном случае размаrnичивающая обмотка
включена последовательно с диодом VDЗ. Обязатель­
но обратите внимание на ее под1<лючение I< элемен­
там схемы, обозначенное точка.\.Jи у начала обмотки.
В момент закрывания силового тран:шстора
часть накопленной в трансформаторе энергии воз­
вращается в источник питания через диод VDЗ.
Величина тока, проходящего через возвратный
диод VDЗ, обратно пропорциональна числу витков
подключенной к нему компенсационной обмотки.
Поэтому для снижения импульсноrо тока, протека­
ющего через этот диод, можно увеличивать число
ее витков. Однако при этом должно выполняться
следующее соотношение чисел витков компенсаци­
онной и коллекторной обмоток:
(1.3)
Завершая описание и сравнение схем однотакт­
ных преобразователей с прямым и обратным вклю­
чением выпрямительного диода в цепи нагрузки,
приведем выражение для определения величин со­
ответственно максимального импульсного тока
коллектора
силового транзистора и тока, проте­
кающеrо через первичную обмотку импульсного
трансформатора. Для преобразователя с прямым
включением диода оно имеет вид:
r."
lки
1,1 Р,,
---Ип умах 7'/п
( 1.4)
Маt<симальный импульсный ток транзистора
для каскада с обратным включением диода рассчи­
тывают по соотношению:
lки
=
2,lРн
---Ип Ymaxr]n
(1.5)
Коэффициенты в приведенных формулах имеют
следующие значения:
у
коэффициент заполнения; определяет сте­
пень иснользования транзистора по току и вычис­
ляется по формуле:
П1АХ -
lи
y,nax=-fи
+ tп
(1.6)
ri,, - КПД преобразователя;
U 11 - напряжение питания преобразователя;
Р,, - мощность, выделяемая в нагрузке.
Из приведенных соотношений видно, что вели­
чины токов в преобразователях отличаются прак­
тически в два раза. Это предъявляет более жесткие
требования к подбору транзисторов для источника
питания с обратным включением диода. Сечение
провода первичной обмотки трансформатора также
должно быть различным. Следует отметить, что
выбросы колле1порноr-о напряжения на силовом
транзисторе с индуктивной нагрузкой (в данном
случае - первичной обмоткой импульсного транс­
форматора) могут достигать значения 4 U,,. Для
устранения перенапряжения на коллекторе транзис­
тора в схемы вводятся дополнительные защитные
(демпфирующие) цепи. Граничные параметры по
максимальным значениям импульсноrо тока и на­
пряжения на коллекторе транзистора являются
определяющими при подборе элементов для заме­
ны неисправных.
Передача энергии в нагрузку (или ее накопле­
ние) в однотактных преобразователях производится
+ о----�---, тv
V0.3
=
W11
W12
Рис. 1.7. Схема силового каскада
ВЧ преобразователя с размагничивающей
обмоткой силового трансформатора
13
Принципы построения ИБП. Автогенераторные каскады ВЧ преобразователей
только в течение интервала времени t11 - открытоrо
состояния силового транзистора. Более равномер­
ное поступление энерrии обеспечивают двухтакт­
ные преобразователи. Рассмотрим принципы их
функционирования на примерах автоrенераторньrх
схем с насыщающимся трансформатором питания
и переключающим трансформатором.
Схема двухтактноrо преобразователя с насыща­
ющимся тра нсформатором представлена на рис. 1.8.
Силовой каскад образуют два транзистора VT1
и VT2, трансформатор TV и элементы смещения резисторы Rсм и Rб. Обмотки трансформатора
Wбl и Wб2 включены в базовые цепи транзисто­
ров. Коллекторы транзисторов подсоединены к по­
ложительному полюсу источника питания через
обмотки Wк, что определяется только типом про­
водимости транзисторов, используемых в данном
примере. Вторичная цепь образована двумя бифи­
лярно намотанными обмотками W2 и W2', наrру­
женными на двухполупериодный nыпрямитель
(диоды VD1 и VD2), к которому подключены кон­
денсатор фильтра С и условное сопрот11вление на­
грузки Rн.
Для нормальной работы преобразователя (см.
рис. 1.8) сердечник трансформатора должен быть
выполнен из материала с прямоугольной петлей
гистерезиса (пермаллой, термостабильtf ЫЙ фер­
рит). Обмотки трансформатора ТУ включаются та·
ким образом, чтобы обеспечивать положительную
обратную связь и поддерживать режим автоколеба­
ний. Поэтому нач.ала обмоток на рис. 1.8 обозначе­
ны точками.
Работа автогенератора начинается после подачи
на него напряжения питания. Из-за различия харак­
теристик транзисторов в начальный момент време­
ни один из них начинает открываться, в данном
случае пусть это будет транзистор VT1. Через тран­
зистор VТ 1 и, следовательно, через обмотку Wк1
начинает протекать ток. При этом во всех обмотк.
трансформатора ТV наводится ЭДС, полярность к
торой определяется направлением их намоп<и. П
лярность ЭДС, наволиr.юй в обмотках Wбl и Wкl с
впадает, и наведенная в обмотке Wб1 ЭДС полность
от1<рывает транзистор VT1. Транзистор VT2 п�:
этом закрывается. Данный процесс продолжаете
до насыщения сердечника, после чеrо наведенн,
в обмотках ЭДС уменьшается до нуля и меня<
свою полярность. Теперь закрывается транзистс
VTl, а VT2 начинает открываться. Процесс пр<
должается до момента, когда VT2 полностью о·
1<роется, а VT1 - закроется, после чеrо цикл повт<
ряется. Таким образом, напряжение питани
поочередно 01<азывается приложенным то к обr.ю·
ке Wк1, то к Wк2. На вторичной обмотке трюн
форматора формируется переменный сигнал и
прямоугольных импульсов, которые после выпряt,,
ления поступают в нагрузку. При открытом транз�,
сторе VT1 полярность вторичного напряжени
должна быть такова, чтобы днод VD2 оказывалс
смещенным в прямом направлении, а диод VD 1
в обратном. Через диод VD2 протекает ток, коте
рым заряжается конденсатор фильтра С. После за
крытия транзистора VT1 и открытия VT2 на вто
ричной обмотке полярность напряжения меняете
и в этом случае диоды выпрямителя VD 1 и VD
также меняют свое с остояние на противоположное
Диод VD2 оказывается запертым, а диод VD1 - от
крытым. Теперь конденсатор заряжается током
протекающим через диод VD1. Таким образом
при использовании двухтактного преобразовател:
и 1tвух 11олупериодного выпрямителя поступлени •
энергии во вторичную цепь происходит равномер
но в течение всего цикла работы преобразователя
Частота коммутации транзисторов преобразова
теля определяется выражением:
(1.7)
R61
-
VDt
УТ1
Rсм
Wкt
+ <>--+-------Wк2
.
..
W2
:� с
J
в котором:
В, - индукция насыщения материала сердечника трансформатора;
Wк - число витков в коллекторной обмотке;
Sc - сечение магнитопровода;
kc - коэффициент заполнения сердечника маr­
нип1ым материалом, значение которого определя­
ется типом материала сердечника (его величина
лежит в диапазоне 0,83-1,0);
U,. - напряжение питания преобразователя;
U.,, ,ix - напряжение насыщения силовоrо тран­
зистора.
В выражении (1.7) присутствует параметр Wк,
это предполагает, что индуктивные характеристики
R"
w2·
.
УТ2
W62
R62
Рис. 1.8 Схема двухтактного преобразователя
с насыщающимся трансформатором
14
Принципы построения ИБП. Автогенераторные каскады ВЧ преобразователей
оказываются в открытом состоянии, та1< как один
из них начинает закрываться, а второй только от­
крывается. Следовательно, во время переходного
процесса переключения, длительность которого
и определяется инерционными свойствами диодов,
вторичная обмотка на короткий промежуток време­
ни закорачивается этими диодами. Это приводит
1< возрастанию 1<011ле1<торного тока из-за 1<раткоn­
ременноrо возрастания нагрузки, перегреву тран­
зисторов и искажению формы фронта ю,mульсноrо
напряжения, увеличивая его длительность. Воздей­
ствие инерционных свойств диодов на силовые
транзисторы заключается в том, что транзисторы
некоторое время оказываются одновременно от­
крытыми и через них протекают сквозные токи.
Это вызывает дополнительные потери мощности
и может быть причиной пробоя транзистора.
Конденсатор емкостного фильтра С, установ­
ленный в нагрузочной цепи, во время коммутаци­
онных процессов разряжается не только через
нагрузочную цепь, но и через вторичную обмот1<у
трансформатора. В эти моменты пульсации выход­
ного напряжения вторичной цепи существенно воз­
растают. Величина емкости сглаживающего фильт­
ра определяется допустимым уровнем пульсаций
напряжения на нагрузки и может быть вычислена
по ф ормуле:
полуобмоток Wк1 и Wк2 одинаковы. Если это усло­
вие не будет выполняться, то длительности откры­
того состояния каждого из транзисторов будут
разными. Нарушится принцип симметричного пе­
ремагничивания сердечника, и начнется постепенное
его намаrничивание. Если этот процесс будет про­
должаться, то произойдет насыщение материала
магнитопровода. Индуктивное сопротивление об­
моток трансформатора значительно снизится, ток,
проходящий через транзисторы, будет неконтроли­
руемо увеличиваться, что приведет к выходу их из
строя.
Важным условием повышения КПД преобразо­
вателя любого типа и обеспечения необходимого
теплового режима является обеспечение макси­
мальной скорости переключения транзисторов.
В идеальной схеме силовые транзисторы преобра­
зователя находятся в двух состояниях: насыще­
ния и отсечки (полностью закрыты). В первом слу­
чае через транзистор протекает максимальный ток,
но напряжение на нем равно минимально возмож­
ному - напряжению насыщения, поэтому мощ­
ность на транзисторе выделяется минимальная.
В состоянии отсечки ток через транзистор не про­
текает, а напряжение на нем равно напряжению
источника питания. Мощность и во втором случае
минимальная. Однако в реальных условиях пере­
ход транзистора из одноrо состояния в другое за­
нимает определенное время, в течение которого
транзистор находится в промежуточных состояни­
ях. Чем больше времени занимает переходный про­
цесс, тем больше тепловой энергии рассеиваете.я на
транзисторе. Для снижения длительностей комму­
тационных фронтов импульсов параллельно резис1·орам Rб устанавливаются форсирующие конден­
саторы Сб. Для выбора номинала емкостей этих
конденсаторов следует руководствоваться следую­
щ�tм условием:
С=
IoU/ tр.д
Ио UпpUo-tф
(1.9)
в которой:
10 - номинальный выходной ток;
U0 - номинальное выходное напряжение;
U 2 - действующее напряжение вторичной обмот1<и трансформатора;
U"P - постоянное прямое напряжение на диоде;
Uo- - допустимое напряжение пульсаций;
врем .я рассасывания заряда выпрямитель­
tpn ного диода;
tФ - длительность фронта импульсного сигнала.
(1.8)
Еще одним фактором, оказывающим большое
влияние на работу преобразователя, являются
инерционные свойства диодов, установленных
в выпрямителе вторичной цепи. Эти свойства ха­
рактеризуются временем рассасывания избыточных
носителей заряда и временем восстановления обрат­
ноrо сопротивления. У диодов, используемых в вы­
прямителях импульсных преобразователей, значе­
ния этих параметров должны иметь минимальную
величину (порядка нескольких наносекунд). Таки­
ми параметрами .могут обладать высокочастотные
или имп'ульсные безинерционные диоды. В рабо­
чем режиме диоды выпрямителя (см. рис. 1.8) на­
ходятся в открытом состоянии попеременно. В мо­
мент переключения оба диода на некоторое время
Как видно из выражения (1.9), величина емкос­
ти конденсатора сглаживающего фильтра обратно
пропорциональна длительности фронта импульса tФ.
Следовательно, уменьшая эту величину при задан­
ном уровне пульсаций, получим возможность при­
менять конденсаторы меньшей емкости, снизить
массу и габариты источника питания. Одним из
способов повышения эффективности этого пара­
метра являете.я применение в схеме автоrенерато•
ра с насыщающимся трансформатором единого
базового резистора Rб. Вариант схемы автогенера­
тора с таким резистором представлен на рис. 1.9.
15
Принципы построения ИБП. Автогенераторные каскады ВЧ преобразователей
+ <>--·...-----------,
Rсм
Un
R
переходного процесса, в этом случае дроссель уве­
личивает вносимое эквивалентное сопротивление.
Но рекомендации, приводимые в литературе, ука­
зывают на желательное использование чисто ем­
костных фильтров во избежание нежелательного
влияния на работу автогенератора.
Преобразователи с насыщающимся трансформа­
тором находят применение в устройствах с часто­
тами генерации 20-50 кГц. Основным недостатком
этих преобразователей является наличие всплесков
тока коллектора в момент выключения транзисто­
ров, что приводит к увеличению потерь и неполно­
му использованию транзисторов по току. В этом.
отношении лучшие характеристики имеют преоб­
разователи автоrенераторноrо типа, построенные
на основе переключающего трансформатора. Они
работают в линейной области кривой намагничива­
ния магнитопровода трансформатора.
Схема преобразователя с переключающим транс­
форматором представлена на рис. 1.10.
В отличие от всех схем, приведенных выше, пре­
образователь, показанный на рис. 1.10, наряду с си­
ловым трансформатором TV1 содержит дополни­
тельный трансформатор управления TV2. Диоды
VD1 и VD2, подключенные к базовым переходам
транзисторов, выполняют защитные функции, огра­
ничивая напряжение перехода база-эмиттер U63•
Трансформатор TV1 работает без захода рабочей
точки в область насыщения. Управление коммута­
цией силовых транзисторов осуществляется пере­
ключающим трансформатором TV2. Резистор Roc,
установленный в цепи обмотки обратной связи,
предназначен для снижения бросков коллекторного
тока при коммутации силовых транзисторов. Когда
происходит насыщение магнитопровода трансфор­
матора TV2, падение напряжения на резисторе Roc
СGП,.
g----
Рис. 1.9. Схема автогенератора с общим резиаором
в цепи базы
Пунктирными линиями на схеме показано воз1'.южное подключение дополнительного форсирую­
щего конденсатора Сб, номинал которого определясоотношением ( 1.8). Знач.ительное увеличение
ется
'
емкости конденсатора Сб может привести к задерж­
ке переключения транзисторов с образоnанием па­
узы при переходе импульсного переменного напря­
жения через нулевое значение. Это может быть
вызвано тем, что при малых напряжениях на базо­
вых обмотках к базе каждого транзистора будет
приложено небольшое запирающее смещение.
Для снижения пульсаций выходного напряже­
ния в фильтре вторичной цепи может использо­
ваться дроссель Lф, но применение индуктивных
элементов во вторичных цепях автоrенератор­
ыных схем имеет свои особенности. Дело в том, что
выпрямленный ток, протекающий через дроссель
фильтра во время комыутации транзисторов и сме­
ны полярности импульсного напряжения, не может
измениться мгновенно, сохраняя cnoe значение не­
которое время практически постоянным. Этот фак­
тор оказывает дополнительное негативное влияние
на процесс переключения. Если в выпрямителе ус­
тановлены диоды с большим временем рассасыва­
ния зарядов, то при смене полярности импульсно­
го напряжения оба диода на какой-то промежуток
времени оказываются открытыми, замы1<ая нако­
ротко вторичную обмотку трансформатора. Во вто­
ричной цепи происходит мгновенное увеличение
нагрузки, в результате чего снизится приведенное
к первичной обмотке сопротивление, что приве­
дет к нарушению условия возникновения автоколе­
баний. В I<олебательном процессе может возник­
нуть пауза, а на нагрузке произойдет увеличение
амплитуды пульсаций. Интервал восстановления
условий автоколебаний будет зависеть от времени
восстановления обратного сопротивления диодов
и уменьшения тока через дроссель фильтра. Таким
образом, если в выпрямителе будет установлен
дроссель большой индуктивности, это может приве­
сти к срыву колебаний автогеJiератора.
Установка в выпрямителе безинерuионных ди­
одов значительно сокращает время протекания
-+o--r---�------------,
Wk
Rсм
ТV2
R6
W6
VТ2
Un
RI
.__-+-<=:J--+----4---o W6'
R б'
vт1
Wk'
Roc
Woc
Рис. 1.10. Схема преобразователя
с переключающим трансформатором
16
Е
Принципы посrроения ИБП. Автогенераторные каскады ВЧ преобразователей
транзисторе будет рассеиваться больше тепловой
энергии, чем на втором.
Во избежание насыщения сердечника магнито­
провода выходного трансформатора ТV 1, он должен
выполняться из материала с непрямоугольной пет­
лей гистерезиса. Дополнительное симметрирование
работы транзисторно го кас1<ада можно прои::\вести
подстройкой номиналов базовых резисторов Rб.
Заканчивая рассмотрение автоrенераторных пре­
образователей напряже111щ СJiедует уделить внима­
ние достоинствам и недостаткам их применения.
К неоспоримым достоинствам, представленных
одно- и двухтактных схем можно отнести их отно­
сительную простоту и небольшое количество эле­
ментов для реализации силовой части. Применение
таких схем рекомендуется в устройствах с потреб­
ляемой мощностью 30-40 Вт.
В за1<лючение приведем наиболее существенные
недостатки описанных выше вариантов автогенера­
торных высокочастотных преобразователей напря­
жения, ограничивающие их применение. К ним от­
носятся:
резко возрастает, базовый ток открытого транзисто­
ра уменьшается, и он на'fинает переходить в актив­
ный режим, вызывая начало переклю•1ения тран­
зисторов автогенератора. Частота переключения
транзисторов автогенератора определяется пара­
метрами трансформатора TV2 и может быть вычис­
лена по формуле:
f,,
=
и, 104
4В. W!Sckr
(1.10)
в которой
U 1 - напряжение на обмотке Wt;
Wt - число витков обмотки Wt.
Значение остальных коэффициентов аналогично
приведенным для выражения (1.7), только их зна-.
чения должны соответствовать параметрам магни­
топровода трансформатора ТV2. Величина резисто­
ра Roc влияет на значение напряжения U I обмотки
W1 переключающего трансформатора TV2, по­
этому изменением номинала резистора Roc в не­
больших пределах можно корректировать рабочую
частоту преобразователя. Номинал резистора Roc
определяется из следующего соотношения:
Uп
Roc = 1'-3 + 5) n1 2 --
/10 нос
(1.11)
где
ш = Wl/Wk - коэффициент трансформации сило­
вого трансформатора ТV1.
Для обеспечения постоянного тока базы транзис­
тора в течение всей длительности импульса пере­
ключающий трансформатор изготавливается на
магнитопроводе с малым током намагничивания,
а в базовые цепи включаются токооrраничивающие
резисторы Rб. Мощность переключающего транс­
форматора определяется максимальным током
базы транзистора и напряжением на его вторичных
(б азовых) обмотках.
Реализация двухтактных авто генераторных схем
преД'ьявляет определенные требования к парамет­
рам применяемых силовых транзисторов. Транзис­
торы должны быть однотипными и с максималъно
близкими параметрами. Так, большое разяичие ко­
эффициентов передачи тока эмиттера h21, у транзис­
торов VT1 и VT2 может вызвать значительную
асимметрию длительностей полупериодов имоуль­
сного переменного напряжения и подмагничивание
выходного трансформатора TV1. Если сердечник
трансформатора имеет прямоугольную петлю гис­
терезиса, то он постепенно перейдет в состояние на­
сыщения. Во время коммутации тока на транзис­
торе с большим коэффициентом усиления будет
наблюдаться всплеск коллекторного тока. На таком
3 -717
• сложность получения симметри•шой формы
импульсного сигнала и как следствие подмагни­
чиван11е силового трансформатора, что ограни­
чивает выходную мощность преобразователя;
• необходимость использования транзисторов
с большим запасом по максимальным току
и напряже нию из-за возможных скачков то1<а
и напряжения во время коммутационных про­
цессов;
• помехи, возникающие во время коммутацнонных
процессов, требуют тщательной дополнительной
фильтрации, что может ограничивать их приме­
нение при работе с аналоговыми цепями;
• большая зависимость частоты автогенерации
от параметров элементов схемы, первичного
напряжения питания и температуры;
• возможная нестабильность работы при измене­
нии нагрузки и критичность к параметрам цепи
фильтрации вторичного напряжения (более под­
робное описание приведено в примере преобра­
зователя с насыщающимся трансформатором);
• невозможность удовлетворительной регули­
ровки уровня напряжения вторичной цепи
прямым воздействием на автоrенераторный
каскад. Необходимость установки стабилиза­
торов во вторичной цепи и в этом случае су­
щественное снижение КПД;
• трудность тестирования силового каскада пре­
образователя при проведении ремонтньLх работ.
Последний фактор имеет немаловажное значе­
ние. Режимы автогенератора рассчитываются с уче­
том реальных условий его функционирования
и жестко от них зависят. Оценка и анализ отказа,
. особенно связанного с силовым каскадом, может
17
Принципы построения ИБП. Методы стабилизации
проводиться только при отключенном напряже­
нии питания. Безопасное включение сетевого пре­
образователя (с первичным питанием от 220 В) на
пониженное напряж-ение в •щадящем� режиме для
тестирования может оказаться бессмысленным, так
как условия самовозбуждения не будут выполне­
ны и преобразователь не запустится. Если произве­
денная замена неисправных элементов окажется
неправильной или неполной, может произойти по­
вторный отказ, и в результате выйдут из строя но­
вые элементы. Ремонт таких источников требует
особого внимания, предварительной подготовки
и тщательного всестороннего анализа возникшей
проблемы.
Перечисленные недостатки описанных выше
преобразователей накладывают серьезные ограни­
чения на их применение. В настоящее время более
широко используются источники питания, струк­
турная схема которых соответствует приведенной
на рис. 1.2. Такие источники питания частично ли­
шены недостатков, свойственных автоrенератор­
ным преобразователям. Они выгодно отличаются
существенно большей экономичностью, предсказу­
емостью параметров, удобнее при проведении ре­
монтных и диагностических работ (эти вопросы
будут подробно рассмотрены при описании мето­
дов поиска неисправностей в реальных схемах).
В значительной степени сложность и экономич­
ность схемы источника питания зависит от вы­
бранного способа управления силовым каскадом
и методов стабилизации вторичных напряжений.
Рассмотрим несколько возможных вариантов ре­
шения этих проблем.
отличаются способами воздействия на силовой
(усилительный) каскад высокочастотного преобра­
зователя, активные элементы которого работают
в ключевом режиме. Как правило, система управле­
ния выполняется на маломощных компонентах,
представляющих собой комбинацию аналоговых
и цифровых элементов. Согласно рис. 1.2 узел ре­
гулирования состоит из:
• измерительной цепи, определяющей отклоне­
ние реальной величины напряжения нагрузки
от номинального значения;
• схемы управления - формирователя конечной
формы ВЧ сигнала, непосредственно воздей­
ствующего на силовые элементы преобразова­
теля. В состав этого узла включены элементы,
которые cor ласу ют уровни сигналов и нагру­
зочную способность каскадов;
• задающего генератора - маломощная схема
формирования колебаний с базовыми характе­
ристиками, которые подвергаются изменени­
ям в схеме управления.
Принцип действия ШИМ стабилизации заклю­
чается в изменении длительности импульсов, уси­
ливаемых силовым каскадом, без коррекциu соб­
ственно частоты колебаний и их амплитуды.
Длительность импульсов, формируемых схемой
управления, должна быть обратно пропорциональ­
на величине напряжения на нагрузке. Процесс ста­
билизации вторичного напряжения с помощью
ШИМ представлен на рис. 1.11а. Кривая U " отражает изменение напряжения на нагрузке при отсутствии стабилизации. Характер изменения длитель­
ности импульсов в зависимости от U показан на
графике Uм(t>' временная шкала содержит отметки
кратные Т - условному периоду следования им­
пульсов.
В отличие от предыдущего способа, ЧИМ стаби­
лизация характеризуется модификацией частоты
управляющего сигнала при постоянной длительно­
сти импульсов. На качественной диаграмме отра•
ботки частотным модулятором изменения напря­
жения U.,, приведенной на рис. 1.116, показано
изменение частоты импульсов, обратно пропорци­
ональное значению Uи·
В релейной системе стабилизации цепи управле­
ния отслеживают изменения напряжения на нагруз­
ке и, коrда его значение выходит за пределы допусти­
мой зоны стабилизации, производится формирование
импульсов, при воздействии которых и происходит
•подкачка� энергии в цепь нагрузки. На рис. 1.11в
изменением управляющего импульсного сигнала
Uм<t> изображено регулирование уровня напряжения
на нагрузке U ". Уровнями Unop I и UПор 2 задан диапазон, в рамках которого должно находиться U,,. Генерация импульса начинается в момент понижения u.
1.2.2. Методы стабилизации
напряжения в импульсных
преобразователях напряжения
11
Как отмечалось выше, одним из основных преиму­
ществ ИБП является возможность преобразования
первичной электрической энергии с более высоким
КПД по сравнению с обычными трансформаторны­
ми источниками питания. Чаще всеrо это достига­
ется за счет стабилизации выходного напряжения
воздействием на процесс функционирования сило­
воrо усилительного каскада преобразователя на­
пряжения. Только в многоканальных ИБП с раз­
личными нагрузочными возможностями каналов
при необходимости применяются дополнительные
линейные или импульсные стабилизаторы вторич­
ного напряжения.
Для стабилизации величины выходного напря­
жения используются методы регулирования коли­
чества энергии, поступающей во вторичную цепь.
Основными среди них являются: ШИМ, ЧИМ
и релейная стабилизация напряжения. Эти методы
18
Принципы построения ИБП. Методы стабилизации
Uн
Uн
Unop 1
Unop 2
u"
Uм
2Т
Л
5Т
4Т
б)
а)
в)
Рис. 1.11. Графическая иллюстрация работы стабилизаторов вторичного напряжения:
а - с ШИМ, б - с ЧИМ, в - релейная аабилизация
&е магнитопроводы имеют определенные огра­
ничения по частотным характеристикам, поэтому
стабильность частоты ШИМ преобразователя по­
зволяет наиболее правильно выбирать материал сер­
дечника для них и эффективно использовать их воз­
можности.
Стру1пурная схема ШИМ регулятора и ero под­
ключение к каскадам ПН представлена на рис. 1.12.
Напряжение на нагрузке в общем случае может
быть произвольным, и поэтому устройство сравне­
�1ия подключается к ней через делитель напряжения.
Кроме того, предполагается, что напряжение на на­
грузке находится в пределах, определяемых диапа­
зоном регулировки, и во время работы в ней не воз­
Н!ИI<ает нештатной ситуации (короткое замыкание
и т.п.). Устройство сравнения вырабатывает сигнал
рассогласования, знак которого определяется соот­
ношением сравниваемых входных сигналов - опор­
ного напряжения и напряжения с выхода делителя
напряжения. После необходимого усиления сигнал
рассогласования Uр и сигнал специалъной формы
UФ' выдаваемый формирователем опорного сипiала,
подаются на второе устройство сравнения и компа­
ратор напряжения. Компаратор выполняет кванто­
вание входного сигнала рассогласования. После
компаратора сигнал управления u. приобретает
форму импульсов с заданными частотой и дли­
тельностью. Устройство согласования выполняет
ниже уровня Unop 2, а прекращается при его возрас­
тании более установленного U 11ор 1• Как видно из
рисунка, частота следования импульсов и их длительность варьируется в широких пределах и оп­
ределяется свойствами нагрузки.
Диаграммы показывают качественную сторону
регулирования и не отражают реальную картину
процессов с учетом задержек срабатывания схем
11 погрешностей измерений.
Способ ШИМ стабилизации, несмотря на неко­
торое схемотехническое усложнения узла по срав11еш1ю с двумя другими методами, нашел наиболее
широкое применение на практике. Поэтому этот
метод стабилизации вторичного напряжения будет
рассмотрен наиболее подробно. ШИМ регуляторы
11меют следующие преимущества:
• обеспечение высокого КПД и поддержание ос­
новной частоты преобразования независимо от
изменения напряжения первичного питания
и величины нагрузки. При этом частота пульса­
ций на нагрузке имеет постоянное значение, что
важно при проектировании и использовании
фильтров с расчетными характеристиками
и может быть крити•1ным для нагрузок с раз­
личным характером входного сопротивления;
• возможность применения цепей синхрониза­
ции частоты с вне111ним задающим генерато­
ром, обладающим заданными параметрами.
г----------------------------,
1 nн ,------,
,------.
Фu.nomp
Ycu11ume11ь
I
'
" oщ н o cm u i---------_
._ _ _
_
_ _
�:�g�;;:i�
1
t< нozpy)l(e
1--t---l
l ____________________________ J
1
!
:
1
1
''
'
'.
00
u
u
с :� Un
��l
н е нu
YcmpoOcm�o t-o
_ ___
Ycuaume11ь
----i u IЦ)Мnopomop t---t
coeaocot,oi-cu�
ноnрАжен\/Q
Ycmpoocm()o t--------1
сробнеwuа
нonpciжcнuQ
1
1
1
1
1
''
Исmо'-'нu1е
оnорного
Формuро!')оmе••
оnорноео
CUEHOJIO
t -----------------------------------------------------------------------------------------------
Рис. 1.12. Структурная схема ШИМ регулятора
19
1
Принципы построения ИБП. Методы стабилизации
усиление импульсного сигнала управления до
уровня и мощности, необходимой для возбуждения
усилителя мощности. Временное положение вы­
ходных импульсов компаратора относительно сиг­
нала специальной формы зависит от выбранного
метода формирования последнего.
Формирователь сигналов специальной формы
может генерировать 'три вида сигналов заданной
частоты: треугольной формы (рис. 1.13а), прямой
пилы (положительное нарастание напряжения)
(рис. 1.136) и обратной пилы (рис. 1.13в).
На устройстве сравнения 2 проводится сопостав­
ление текущих значений усиленного сигнала рассо1·ласования UP и сигнала специальной формы UФ.
Из рис. 1.13а видно, что при совпадении величин
этих сигналов происходит срабатывание компара­
тора. Импульс положительного напряжения на ero
выходе появляется в момент превышения напряже­
нием UФ текущего значения Uµ· На диаграмме для
видно, что формирова­
напряжения управления
ние импульсного напряжения на выходе компара­
тора происходит с некоторым запаздываем по вре­
мени и уровню, что отражает реальную картину
процессов в ШИМ регуляторе. Фронт (начало) им­
пульса появляется, когда результирующее напряже­
ние сравнения Ucp совпадает с некоторым значени­
ем напряжения Л . Спад (окончание) импульса
формируется при·значении Ucp' равном -Л . Этот
эффект называют гистерезисом. Параметры гисте­
резиса зависят от скорости изменения напряже­
ния U,p' а инерционность срабатывания элементов
определяется временем рассасывания неосновных но­
сителей в полупроводниковых приборах. В случае ге­
нерации сигнала треугольной формы сформирован­
ная ИJ\mульсная последовательность имеет некоторое
отклонение от частоты исходJJого сигнала специаль­
ной формы. В данном случае происходит модуляция
импульсной последовательности как по длительно­
сти импульса, так и по частоте его следования.
На рис. 1.136 представлены временньrе диаг­
раммы работы ШИМ регулятора, формирующего
управляющую последовательность с модуляцией по­
ложения фронта импульса. В данном случае произ­
водится генерация пилообразного сигнала ё положи­
тельным нарастанием напряжения. Фронт импульса
(с учетом гистерезиса) начинает формироваться при
u.
IJ
u
Up
Ucp
6)
а)
Ucp
---
•Д
-'-
_,,.-т--'_
1--,1'-r--�
�-.......--­
Uu
т
т
3Т
2Т
2J
3Т
в)
Uu
т
л
2Т
Рис. 1.13. Формирование импульсов ШИМ регулятором при различных видах сигналов специальной формы:
а - треугольный сигнал; б - прямой пилы; в - обратной пилы
20
Принципы поароения ИБП. Методы аабилизации
реrулируемоrо напряжения (то есть выполняет
функции делителя напряжения, приведенногG на
рис. 1.12) для �озможности сопоставления его ве­
личины с номиналом источника опорного напря­
жения. Сравнение этих значений напряжения
и выработка сигнала рассоr·11асования производит­
ся усилителем DA2. Сигнал рассогласования через
диод развязки VD2 подается на один из входов
Е<омnаратора DA4. На второй вход компаратора по­
ступает пилообразное напряжение, сформирован­
ное кас1<адом ФПН. Запуск каскада ФПН (начало
линейного иарастания напряжения) и одновремен­
ный сброс процесса предыдущего периода проис­
ходит в момент прихода на него фронта импульса,
вырабатываемого генератором. Генератор выраба­
'll"Ывает последовательность импульсов с относи­
тельно стабильными частоп1ыми характеристика­
ми. Этим заканчивается работа ШИМ регулятора
на уровне обработки анало1·овых сигналов. Даль­
нейшее формирование ШИМ сигнала происходит
цифровыми способами, при которых все активные
элементы, включая и дискре гные из КС, функцио­
нируют в ключевых режимах.
После отработки компаратором DA4 входных
воздействий на его выходе появляется nоследова­
тельносТI) импульсов, синхронных с частотой пило­
образно1·0 напряжения, но с модулированной дли­
тельностью самого импульса - цифровой ШИМ
сигнал. Эта последовательность поступает на вхо­
ды цифровых элементов D02.1, DD2.2, выполняю­
щих лоп1•1ескую фуикцию И (схема совпадения по
высокому логическому уровню). На второй 'вход
каждого из элементов схемы DD2 подается после­
довательность импульсов, частота которых в два
раза ниже исходных, формируемых генератором.
Понижение частоты в два раза происходит на эле­
менте 0D1 - О-триггере, включенном в режиме
деления исходной частоты. Изменение состояния
выходов триггера происходит при поступлении на
его счетный вход С фронта импульса, формируемо­
го генератором. На выходах трипера Q (прямой
выход) и -Q (инверсный выход) в каждый момент
времени сигналы nротивофазны. В моменты совпа­
дения высоких уровней сигналов от компаратора
и сиrиалов от делителя частоты (триггера) на вхо­
дах элементов 0D2 и на их выходах появляются
импульсы высокого уровня. Периодичность им­
пульсов на выходе каждого из элемеитов DD2 сов­
падает с периодом исходной частоты генератора де­
ленной на два. Графически процесс работы ШИМ
регулятора показан в виде диаrрам м на рис. 1.15.
Точки на схеме ( см. рис. 1.14), для которых приве­
дены эпюры напряжений, отмечены цифрами
в кружо•1ках. Для наглядности на второй диаграм­
ме (см. рис. 1.15) кривые напряжений для точек 1
(пилообразное напряжение) и 2 (напряжение на
выходе буферного усилителя DA1) совмещены.
со �nадении напряжений U P и UФ на участке ли­
неиноrо нарастания последнего. Сnад импульса
жестко синхронизирован со спадом nилообраз110rо напряжения. На нижней диаграмме рисунка
показано, что спады импульсов следуют через оди­
наковые промежутки времени, равные периоду Т пи­
лообразного сигнала.
Использование генератора, формирующего пи­
лообразный сипrал с линейным спадом пилообраз­
ного напряжения, приведено на рис. 1.13в. Видно,
что фронт импульса появ11яется в момент скачко­
образного изменения пилообразного сигнала. Спад
импульса сформирован при равенстве напряжений
U, и UФ, ко1·да UФ находится в интервале линейно­
го спада. Такш,i образом, модуляция д;rителы1ости
импульса производится по его спаду. Фронты им­
пульсов отстоят друг от друга на одинаковые про­
межутки времени, равные периоду Т колебаний об­
ратного пилообразноrо сигнала.
Струк,урная схема формирователя, реализующе­
го принцип ШИМ управления согласно рис. 1.136,
изображена на рис. 1.14.
Основные узлы формирователя ШИМ сигнала
(см. рис. 1.14) могут быть выполнены как на диск­
ретных компонентах, так и содержаться в одной ин­
тегральной микросхеме. Формирователь ШИМ
включает в себя сJiедующие :элементы: генератор,
ФПН, ИОН, линейные усилители OAt - DАЗ,
компаратор иаnряжения DA4, развязывающие ди­
оды VD1 и VD2, делитель •1астоты на два D01,
цифровые логические элементы D02.1 - D02.2,
каскад сопряжения с силовой частью преобразова­
теля напряжения КС. Обычно в схему ШИМ регу­
лятора включен каскад для защиты преобразователя
от короткого замыкания в нагрузке, для упрощения
не показанный иа рис. 1.14.
Буферный усилитель DАЗ своими входами вход 3 и вход 4 - подключается к выходной точке
канала вторичиоrо напряжения. Вместе с функция­
ми буферизации этот усилитель нормирует уровень
Рис. 1.14. Структурная схема формирователя
ШИМ сигнала управления
21
::::,...
�
:s:
:r:
G5
i-.:
�
с5с::с
:s:
ЦJ
�
Принципы построения ИБП. Основные схемы транзисторных усилителей мощности
работоспособность после устранения перегрузки
по выходу.
0п Р Р Р Р Р Р Р Р
�М..,,,,�,А,А,А,...,
0
lt-7: �r;r'' У--: Fi Р: Р;т
0НнЬЬНнЬНd
1.2.3. Основные схемы
транзисторных усилителей
мощности
®d Н Н Н Н
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
Выше на примерах построения автоrенераторных
схем были представлены силовые касIСады транзис­
торных ИБП, также подробно описаны режимы
работы элементов и приведены расчетные соотно­
шения для компонентов, входящих в состав одно­
тактных силовых каскадов. Основные положения
no структуре каскадов, схемам включения силовых
активных и индуктивных элементов справедливы
и для случаев их использования в качестве усили­
телей мощности, то есть основных узлов для преоб­
разователей напряжения с внешним управлением.
В заклю4ение рассмотрим схему так называемого
полумостовоrо усилителя, широко применяющего­
ся в импульсных источниках литания мощностью до
500 Вт. Упрощенная схема nолумостовоrо усилите­
ля мощности представлена на рис. 1.16.
На рис. 1.16 представлены два силовых транзис­
тора VT1 иVТ2 и два конденсатора С1 и С2, обра­
эуIQщие мостовую схему. В диагональ моста, между
точкой соединения конденсаторов С1, С2 и точкой
соединения эмиrгера VT1 и коллектора VT2, nод­
JUrючается первичная обмотка трансформатора TV.
Действие схемы основано на поочередном от­
крывании транзисторов VT1 и VТ2, t<o:ropыe работа­
ют в ключевом режиме. Вывод первичной обмотки
трансформатора TV, соединенный с транзисторами,
попеременно подключается то к положительному
полюсу первичного источника литания (VT1 от­
крыт, VT2 закрыт), то к отрицательному полюсу
(VT2 открыт, VT1 закрыт). В первом случае ток
протекает 4ерез транзистор VT1 - обмотку транс­
форматора TV - конденсатор С2. Во втором слу­
чае - через конденсатор С1 - обмотку трансформа­
тора TV - транзистор VТ2. Таким образом, в каждом
цикле работы преобразователя 4ерез первичную об­
мотку трансформатора TV протекает ток как в пря­
мом, так и обратном направлениях. При одинако­
вых временных интервалах открывания каждого из
транзисторов и равенстве емкостей конденсаторов
� � � � Ь-·
: d :п i d i d:
sс::сс::с ®Г1!П!О:d О
:
1
:
1
1
1
i
1
Рис. 1.15. Диаграммы напряжений схемы
ШИМ регулятора
Работа данного ШИМ регулятора осуществляет­
ся следующим образом: на каскад согласования КС
от каждого из элементов схемы DD2 поступают две
сдвинутые по времени последовательности импуль­
сов. Это обусловлено спецификой построения си­
Jювого каскада преобразователя напряжения. Дли­
тельность импульсов в каждой последовательности
находится в обратно пропорциональной зависимости
от текущей величины напряжения вторичной цели
(иа нагрузке). Силовой каскад преобразователя !У!·
ходится в активном состоянии (nереда•ш энерп1и)
в нагрузку в течение действия на него модулирован­
ных по длительиости импульсов. Так происходит
регулировка выходного напряжения для поддержа­
ния его уровня в заданных пределах.
Усилительный каскад DA1 предусмотрен для от­
ключения (блокировки) схемы ШИМ регулятора во
время резкого возрастания потребления тока в на­
груз1<е. Входы схемы DA1 подключаются к дат•1ику
тока, установленному в цели нагрузки. Пока раз­
ность потенциалов на входах DA1 не превышает за­
данной величины, то есть ток потребления нагруз­
ки не выходит за верхнюю допустимую границу,,
ШИМ регулятор работает в обычном режиме.
В момент возрастания тока нагрузки выше установ­
ленного предела на выходе DA1 напряжение повы­
шается до величины, достаточной для открывания
диода VD1. На катоде VD1 создается положитель­
ное напряжение, закрывающее диод VD2. Сигнал
рассогласования, поступающий от усилителя ошиб­
ки DA2 на вход компаратора DA4, шунтируется. На­
пряжение, установленное на входе компаратора,
вызывает резкое сужение импульсов, поступаю­
щих от него на цифровые схемы DD2.1 и DD2.2.
Силовая •1аст1, n реобразователя переходит в за­
щищенный режим работы, принудительно огра­
ничивая уровень энергии, передаваемой на КС.
ШИМ регулятор автоматически восстанавливает
+
о-------------
Un
с,
Un/2
С2
'
Jt
/
л.
Сuгнол
ynpol)лeнuA
Рис. 1.16. Схема полумостового усилителя мощности
22
Принципы построения ИБП. Основные схемы транзисторных усилителей мощности
у"""' - коэффициент заполнения, который расс•1и­
тывается по формуле (1.6);
'Уlн - КПД источника питания.
Таким образом, амплитудное значение импульсно­
rо тока, протекающего через транзисторы VТ1 и VТ2,
сопоставимо с аналогичным параметром для однаrаI<т­
ноrо каскада с обратным включением диода.
Схема, п01<азан11ая на рис. 1.16, лредполаrает пи­
тание постоянным или выпрямленным и отфильтро­
ванным напряжением. В качестве конденсаторов для
С1 и С2 необходимо применять ла,сопленочные или
бумажные конденсаторы, рассчитанные на примене­
ние в диапазоне частот работы высо1<очастотноrо
преобразователя, при значительном напряжении
пульсаций на них. Минимальное значение емкости
конденсаторов для двухтактного лолумостовоrо
усилителя мощности определяется по формуле:
С1 и С2 в точке их соединения устанавливается на­
пряжение, равное половине напряжения питания u.12• Переменное напряжение на первичной обмот­
ке TV представляет собой импульсы прямоуголь­
ной формы, амплитуда которых близка к значению
U1112• Полт:�1й размах импульсного напряжения на
этой обмотке равен напряжению первичного источ­
ника питания.
Последовательность от1 <рывания транзисторов
устанавливается внешней схемой управления, при­
мером которой может служить ШИМ регулятор,
выполненный в соответствии со схемами, приведен­
ными на рис. 1.12 и рис. 1.14. Импульсные сиrналы,
эпюры напряжений которых по1<аза11ы на двух ниж­
них диаграммах рис. 1.15, моrут быть поданы на ба­
зовые цепи транзисторов VT1 и VT2 для управле­
ния работой этоrо усилителя мощности. Если
абстрагироваться от задачи регулирования вторич1юrо напряжения, то основным назначе1-1ием схемы
уnравле!fия является формирование корректных
сигналов, исключающих протекание сквозных токов
череэ транзисторы VТ1 и VT2, и обеспечение сим­
метрии выходного импульсного напряжения. Сим­
метрирование работы силовых транзисторов бла­
гоприятно отражается на их тепловом режиме.
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер каж­
дого из транзисторов в схеме полумостовоrо усили­
теля равно напряжению питания U
Амплитуду импульсного тока при заданной вы­
ходной мощности в нагрузке Р" можно рассчитать
по формуле:
(1.13)
в которой:
F" - частота преобразования;
U c- - допустимый уровень пульсаций на I<онден­
саторах С1 и С2 с частотой преобразования.
Представленная в настоящем разделе схема име­
ет ряд неоспоримых достоинств. Основным счита­
ется способ вклю•1ения трансформатора TV в сило­
вую цепь, при котором исI<Лючается насыщение ero
сердечника вследствие разбросов по длительности
и амплитуде воздействующих на неrо импульсов
разной полярности. Используя схему внешнего
управления, можно исключить протекание сквоз­
ных токов через транзисторы. Активные элементы,
применяемые в полумостовом усилителе, могут
иметь значительно низкие предельные параметры
по напряжению, чем полупроводниковые приборы,
используемые в однотактных каскадах.
11•
lки
=
2,2Рн
-----Uо п11п тах Т/и
у
( 1.12)
где:
U0m,n - минимальное значение напряжения пита­
ния силового каскада преобразователя;
23
ИМПУЛЬСНЬIИ ИСТОЧНИК
ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
КОНСТРУКТИВА АТХ ФИРМЫ DTK
V
С момента появления системных блоков персональных компьютеров они прак­
тически все комплектовались импульсными источниками питания, по­
строенными на основе импульсных преобразователей напряжения с бестранс­
форматорным подключением к первичной сети. Развитие вычислительной
техники отразилось и на импульсных преобразователях. Функциональные
усовершенствования привели к не1которой стандартизации подхода в их раз­
работке, повышению характеристик надежности и показателей электромаг­
нитной совместимости. Значительно улучшились массогабаритные показате­
ли источников питания компьютеров.
Внедрение нового АТХ форм-фактора в конструкцию системного блока пер­
сонального компьютера, введенного фирмой IBM, было направлено на стан­
дартизацию и унификацию узлов, традиционно входящих в состав ПЭВМ. Но
введение нового стандарта повлияло и на требования к расширению функцио­
нальных возможностей отдельных компонентов. Определенным образом эти
изменения затронули и блоки вторичного электропитания системного модуля.
Перечень требований, предъявляемых к проектированию и изготовлению
блоков питания АТХ конструктива, приведен в документе «Руководство по про­
ектированию источников питания» версия 0.9 (в оригинальном написании «lntel
АТХ. Power supply design guide» version 0.9). Документ определяет требования
по конструктивному исполнению, охлаждению, параметрам соединителей, вре­
менным параметрам выработки сигналов. В руководстве ряд требований
предъявляется и к функциональным возможностям, а способы их реализации
устанавливают фирмы-производители. Так, например, в нем указано лишь то,
что источник питания должен иметь возможность работы от сети переменного
тока с напряжениями 115 и 220 В, а способ селекции номинала этого напряже­
ния жестко не регламентируется, то есть допускается как автоматическое оп­
ределение, так и установка этого параметра переключателем.
Современные блоки питания имеют функцию дистанционного включения,
независимый канал питания элементов дежурного режима с номиналом
+5 В. В отличие от аналогичных блоков питания для компьютеров типа АТ,
в блоках АТХ используется 20-контактный разъем подключения к системной
плате, на который выведены все вторичные стабилизированные напряжения
и служебные сигналы. Дополнением в части вторичных напряжений в вари­
анте АТХ блока является достаточно мощный канал с номинальным постоян­
ным напряжением +3,3 В.
24
Основные технические характеристики
2.1. Основные технические
характеристики
действующего значения напряжения в тече­
ние 0-5 периодов переменного напряжения.
• КПД источника при полной нагрузке - не ме­
нее 68%;
• параметры дежурного режима (на вход PS-ON
подан высокий лurи•1еский уровень):
Технические характеристики приведены для им­
nульс11оrо преобразователя с максимальной мощ­
НОСТhЮ 200 Вт (суммарная вторичная мощность по
всем каналам). Параметры, nредставле11ные в дан­
но�, разделе, являются стандартными для блоков
АТХ конструктива и могут быть использованы
ripи работе с анало1·ичными изделиями других
фирм-производителей. Распределение мощности
в блоках питания по отдельным вторичным кана­
лам отличаются в зависимости от максимальной
мощности конкретного образца. Общие требова­
ния следующие:
- КПД канала дежурного режима 5VSB - не
менее 50% при токе нагрузки 500 мА;
- общая мощность потребления источника - не
более 5 Вт при �ходном напряжении 230 В;
• размеры источника питания - 140х150х86 мм;
• диапазон рабочих температур от +10 ДО 50 °С;
• максимальная влажность окружающей среды
без конденсата не более 85%.
Номинальные значения каналов вторичных на­
пряжений и их основные параметры приведены
в табл. 2.1.
Измерения вторичных напряжений необходимо
проводить на контактах разъемных соединителей,
nредназначенных для подключения к устройствам.
Канал +3,3 В должен иметь запас по напряжению
в 100 мВ для компенсации падения на соединитель­
ных проводниках и проводниках печатной платы.
Кроме того:
• суммарная мощность по каналам +5 В и +3,3 В
1-ie должна превышать 125 Вт;
• токовая нагрузка по каналу +5 В должна пре­
вышать или быть эквивалентной нагрузке ка­
нала +3,3 В;
• разница времени нарастания напряжения ка­
нала +5 В до мищ1малы1оrо знаtJения диапазо­
на регулирования и соответствующего значения
по каналу +3,3 В не должна быть более 20 мс;
• источник должен быть снабжен встроенной за­
щитой цепей преобразо8ilтеля от короткого за­
мыкания по J(аналам +5 В и +12 В:
• напряжения первичной питающей сети: 115
или 220 В;
• рабочий диапазон для первичных напряжений:
- для напряжения 115 В - 90-135 В;
- для ttаnряжения 220 В - 180-265 В;
• диапазон частот первичного питающего напря­
жения - 47-63 Гц;
• устойчивость к нестабильности сетевого на­
пряжения (на частотах 50-60 Гц), сохранение
работоспособности при:
- изменении номинального значения напряже­
ния на 10% в течение 0-500 мс;
- из:-.tенении действующего значения напряже­
ния на 15% в течение 15 мин;
- провале/выбросе на 30% номинального зна­
чения напряжения в течение 0-0,5 периода
переменного налряжения;
- потере работоспособности с последующим
самовосстановлением при провале на 50%
Таблица 2.1. Основные параметры вторичных каналов напряжений
Наименование
канала
Макс.
Номинал
Ми н.
Макс. ТОК
вторичног о отклонение
ток
,А
наrруэки
напр яжения,
от
нагрузки.А
номинала,%
в
Макс.
Макс.
емкостная Уровни фиксации
уровень
переrруэки,В
пульсаций, наrруэка,
мВ
мкФ
мин. но мин. макс
+5
+5
5
1
21
+12
+12
5
о
-5
-12
'+3,3
-5
-12
+3,3
10
5
о
о
Питание
в дежурном
+5
5
10
50
10 000
(допускается
до 8)
120
1000
0,3
100
0.3
14
50
350
350
6000
о
0,72
50
350
6
режиме
4-717
25
5,74
6,3
7
15,6
3.76
4,2
4.3
Конструкция блока питания
• общий провод питания вторичных каналов на­
пряжения должен иметь соединение с металли­
,1еским корпусом источника питания;
• преобразователь должен сохранять значения
выходных напряжений в течение 17 мс после
отключения nервичноrо питающего напря­
жения;
• пульсации определяются как случайные или
периодические отклонения от номинальноrо
значения напряжения с частотами в диапазоне
от 10 Гц до 20 МГц. Для измерений должна ис­
пользоваться емкостная нагрузка из комбина­
ции керамического конденсатора емкостью
0,1 мкФ и электролитичес1соrо конденсатора
емкостью 10 мкФ.
Требования к условиям эксплуатации:
• температура полупроводниковых элементов
в исто,1нике питания не должна превышап)
+ 110 •с при температуре окружающей среды
+50 ·с;
• корпус конденсаторов не должен нагреваться
более 95% от максимального значения, приве­
денного в паспорте;
• используемые резисторы должны иметь запас
по мощности не менее 30% от паспортного зна­
чения;
• изменение параметров элементов no макси­
мально допустимым значениям напряжения
и тока не должно быть более 10% при темпера­
туре +50 ·с.
При любом повреждении цепи первичного пре­
образователя никакие части источника не должны
воспламеняться, создавать задымление, вызывать
различного рода шум, печатная плата не должна
обугливаться и иметь оплавленные проводники.
2.2. Конструкция
блока питания
Блоки питания для IBM совместимых компьюте­
ров выпускаются в корпусах, унифицированных по
габаритным и посадочным размерам. Все узлы бло­
ка питания расположены в металлическом корпусе,
который служит для механической защиты элемен­
тов блока питания и электромагнитной экраниров­
ки, Металлический корпус состоит из двух деталей:
основания и съемной крышки. И крышка, и основа­
ние�tмеют П-образную форму, у каждой есть по две
- боковые стенки. В конструкции основания преду­
смотрены резьбовые отверстия под винты-самореэы.
Крышка соединяется с основанием четырьмя само­
резами. На основании винтами укрепляются все
узлы блока питания. Электронные компоненты
блока питания располагаются на единой односто­
ронней печатной плате, закрепленной винтами на
донной части основания. Между платой и дном ос­
нования располагается изолирующая прокладка из
синтетического материала. На одной из боковых
стенок основания закреплены: вентилятор, сетевая
вилка типа IEC320 с тремя ножевыми контактами
и аналогичная по конструкции розетка. Подключе­
ние сетевого напряжения к блоку производится
стандартным шнуром через вилку с тремя ножевы­
ми контактами. Розетка, установленная на корпу­
се, является транзитным разъемом для подключе­
ния к ней шнура питания монитора или ино1·0
устройства. На эту розетку подается напряжение
сети непосредственно от корпусной вилки. Развод­
ка питания на вилке и розетке осуществляется на
одноименные крайние контакты. Средние (третьи)
выводы каждого из этих приборных частей разъе­
мов соединены между собой. К средним контактам
подпаян проводник с металлическим лепестком на
конце. Лепесток механически соединяется с винтом,
закрепленным на донной части основания. Таким
образом выполняется подключение корпуса бло1са
nита1fия к контуру заземления через стандартный
шнур питания. Рядом с разъемами на той же боко­
вой стенке установлен вентилятор, который ис­
пользуется для охлаждения элементов блока пита­
ния. Для прохождения направленного воздушного
потока перед вентилятором в корпусе сделаны от­
верстия (круглые или в виде закругленных проре­
зей). Воздушный поток движется из внутренней
полости корпуса источника наружу. Такое направ­
ление движения воздуха снижает уровень пылево­
го заrряэнения как блока питания, так и вычисли­
тельного средства, в котором он установлен.
На этой же стенке установлен переключатель
(селектор входного напряжения), которым осущест•
вляется выбор напряжения питающей сети 115 или
220 В. В модификациях источников питания, име­
ющих узел автоматического определения напряже­
ния питающей сети, такой переключатель не уста­
навливается.
На второй боковой стенке основания имеются
отверстия в виде продольных жалюзей для венти­
ляции и два эллиптических отверстия, через кото­
рые из блока питания выводятся кабели вторичных
напряжений. Для дополнительной электроизоля­
ции кабели вторичного питания выходят из блока
литания через пластиковое кольцо. Это кольцо
плотно зажимается стенками корпуса при сборке
крышки и основания.
На концах кабелей вторичных напряжений мон­
тируются розетки разъемных соединителей трех
типов. Все розетки имеют собственный •ключ• для
26
Структурная схема
либо MOLEX 8981-04Р. Цвет подводящих прово­
дов и значение напряжений на контактах этих разъ­
емов следующие: 1 - желтый, + 12 В; 2,3 - •1ерные,
общий; 4 - красный, +5 В.
Самые маленькие розетки разъемов типа АМР
171822-4 предназначены для соединения с устрой­
ствами накопителей на гибких магнитных дисках.
Цвет подводящих проводов и значение напряже­
ний на контактах для них следующие: 1 - красный,
+5 В; 2, 3 - черный, общий; 4 - желтый, +12 В.
правильного соединения с ответной частью. Про­
водники для каждого номинала напряжения и ло­
гического сигнала снабженьI ю1дивидуальной
цветовой маркировкой. Хотя к цветовой гамме про­
водников нет твердых требований, однако боль­
шинство производителей придерживается некото­
рой унификации.
Один 20-контактный разъем предназначен для
подключения к системной плате персонального
компьютера. Тип такого разъемного соединителя MOLEX 39-01-2200 или аналогичный. Разводка
разъема стандартизована. В табл. 2.2 приведена раз­
водка вторичных напряжений и служебных сигна­
лов по контактам этого разъема.
С помощью четырехконтактных разъемов больше­
го размера подключаются периферийные устрой­
ства и вентилятор процессора. Тип этих разъемов обя­
зательно должен быть аналогичным АМР 1-480424-0
Внимание! Для блоков питания с выходной мощно­
стью 300 Вт применяется дополнительный разьем
типа MOLEX 90331-0010. Цвет подводящих прово­
дов и значение напряжений на контактах для него:
1, 2, 3 - черные, общий; 4, 5 - коричневый или оран­
жевый, + 3,3 В; 6 - красный, +5 В.
Как правило, на внешней стороне корпуса источ­
ника питания на1(Леена этикетка, на которой при­
ведена цветовая маркировки проводников вторич­
ного питания для данного изделия. В этом случае
при работе следует использовать сведения, приве­
денные на этикетке.
В корпусе системного модуля компьютера блок
питания крепится таким образом, что его стенка
с установленными приборными частями разъемов
и вентилятором выходят на тыльную сторону кор­
пуса. Противоположная боковая стенка основания
и кабели втори•тых напряжений с разъемными со­
единителями находятся внутри корпуса системно­
го модуля.
Поскольку первичное напряжение питания по­
дается на входные цепи АТХ блока питания непо­
средственно, сетевой выключатель для него в ком­
пьютерной системе отсутствует. Системная плата
компьютеров АТХ конструктива содержит узел
формирования маломощных сигналов для управле­
ния состоянием входной цепи PS-ON блока пита­
ния. Узел находится постоянно под напряжением,
поступающим от специального каскада блока пита­
ния - автоrенераторноrо источника для питания
элементов схемы дежурного режима. Питание на
узел подается независимо от режима работы осталь­
ной схемы компьютера. Включение/выключение
блока питания и устройств компьютера произво­
дится коммутацией кнопки Switch power, установ­
ленной на лицевой панели системного модуля ком­
пьютера.
Таблица 2.2. Разводка сиаемного разъема
питания компьютера
Номер
контакта
Сигнал, номинал
напряжения, В
1
+3,3
2
з
+3 ,3
Общий
Цвет
проводника
Коричневый
Коричневый
Черный
4
+5
Красный
5
Черный
б
Общий
+5
Красный
7
Общ ий
Черный
8
Сигнал POWERGOOD
(питание в норме)
Оранжевый
9
+5VSB
(питание
в дежурном режиме)
Фиолетовый
10
+12
Желтый
11
+3,3
Коричневый
12
-12
13
Общий
Голубой
Черный
14
Сигнал PS-ON
(дистанционное
включение питания)
15
16
Общий
Общий
Серый
Черный
Общи й
-5
Черный
18
19
+5
20
+5
К расный
Красный
17
2.3. Структурная схема
Черный
белый
Структурная схема импульсного блока питания
персонального компьютера конструктива АТХ при­
ведена на рис. 2.1.
27
Структурная схема
' Сеmь
Сеmеfюй
(l)UЛьmp
(С1, Т1, TS)
0t:1npgмumeno
(011 - 014)
Ycu11umeлo
мощносmu .__.., Тро нС(l)Ормоmор
ТЗ
(09, Т3)
Бnок
�1:1nр�н,шmеяео
(S801, 5802
А6mогенероmорн11а
6cnoмo2omenoм1:110
026 - DJO)
Саг ,ocy,awuO
каскоg
(07, 08)
Блок
Bmopu1.4нtJ1e
ноnряженuR
<1>uльmро6
Схема
uз�-tepeнus:a
nереноnроженuо
Cmo6u,u,omop
конало SVSB
(IC.3)
шим
регу,оmор
(Z01, ZD.3. 04)
(IC1)
Рис. 2.1. Структурная схема импульсного блока питания фирмы ОТК конструктива А ТХ
Входное переменное напряжение 220 В, 50 Гц по­
ступает на входной каскад импульсного преобразо­
вателя напряжения - на сетевой фильтр. Этот узел
предназначен для подавления помех, возникаю­
щих в промышленной сети переменного тоrса и про­
никающих на вход данного источника питания.
В направлении от данного источника питания в сеть
распространяются помехи, производимые самим пре­
образователем и частично импульсными устр!)Й·
ствами электронной схемы вы,1ислительноrо сред­
ства. Помеха такого рода является кондуктивной,
то есть может распространяться в проводах питаю­
щей сети и по проводникам вторичного питания
источника. Помехи, распространяющиеся по про·
водам, могут быть симметричными и несимметрич·
ными. Так как заранее вид помехи предсказать
трудно, то схема фильтра строится в расчете на по­
давление обоих видов помех.
К выхо4у сетевого фильтра подключается вы­
прямитель, выполненный по двухполупериодной
схеме. В его состав входит селектор входного пит.а­
ющеrо напряжения - переключатель, установлен­
ный в корпусе источника питания. Позиции пере•
ключателя обозначены на его движке. Положение
переключателя определяется по маркировке, кот,о­
рая видна через специальное окошко. С его помощью
осуществляется выбор номинала напряжения пита­
ющей сети 115 или 220 В. Нагрузкой выпрямителя
являются: полумостовой усилитель мощности ос­
новного высокочастотного преобразователя напр я·
жения первичной сети и маломощная схема автоге­
нераторного вспомоrателыrоrо источника.
Во вторичную цепь АВИ включена схема линей·
наго параметрического стабилизатора для форми­
рования напряжения +5 В, обеспечивающая пита­
ние элементов компьютера в течение дежурного
Для rальваниче�кой развязки с вторичными на­
пряжениями питания к усилителю мощности под­
ключен импульсный трансформатор ТЗ. Позициои­
ное обозначение трансформатора соответствует.
принципиальной схеме источника питания. Им·
пулъсные напряжения с вторичных обмоток транс­
форматора поступают на блок выпрямителей.
В схемах выпрямителей вторичных напряжений
используются диоды различных модификаций, что
определяется номинальной токовой нагрузкой
каждого отцельноrо канала. Во вторичном канале
напряжения +3,3 В введен дополнительный стаби­
лизатор. Регулировка и подстройка номиналов вто­
ричных напряжений по всем каналам осуществля­
ется с помощью системы обратной связи, вход
которой подключен к выходам блока фильтров.
Для управления работой усилителя мощности
в цепи обратной связи применен каскад широтно­
имnульсноrо модулятора длительности импульсов
возбуждения. После сравнения поступившего сиг­
нала с эталонным уровнем, ШИМ каскад формиру·
ет сигналы об увел-ичении поступления энергии во
вторичную цепь или о ее сокращении. В соответ­
ствии с этим производится модуляция длительнос­
ти импульсов, которые через согласующий каскад,
усиливающий их, подаются на входные цепи уси·
лителя мощности.
Воздействие на ШИМ регулятор оказывается не
только при изменении вторичных напряжений
в пределах диапазона регулирования, соответству­
ющего нормальной работе, но и в случае возникно­
вения э1сстренной ситуации (неконтролируемого
увеличения или снижения напряжений на нагруз­
ке). Ключевая СИП воздействует на ШИМ моду­
лятор, блокируя его работу в случае возникновения
аномальных процессов в цепи нагрузки.
режима.
28
Принципиальная схема
2.4. Принципиальная схема
схемы преобразователя происходит постепенный
разогрев терморезистора, при этом ero сопротивле­
ние снижается до несколышх десятых долей ома.
В рабочем режиме он не оказывает заметного влия­
ния не только на работу схемы, но и на его энерге­
тические показатели источника питания.
Далее по схеме между предохранителем и диод­
ным выпрямителем включен индуктивно-емкост­
ной сетевой фильтр, выполненный на элементах
С1, Т1, С2, TS, СЗ и С4. Фильтр осуществляет
функции помехоnодавления как для внешних по­
мех, проникающих из питающей сети на вход ис­
точника, rак и для внутренних, возникающих при
работе ВЧ преобразователя. В фильтре использова­
ны индуt<тивные элементы, изготовленные с при­
менением высокочастотных ферритовых сердечни­
ков - дросселей Т1 и TS. Поскольку в современных
аппаратных средствах вычислительной техники при­
меняются импульсные устройства (цифровые логи­
ческие элементы электронных схем, импульсные ис­
точники питания), основной спектр помех смещен
в область частот с нижней границей 20-30 кГц. По­
мехи, проникающие в сеть от вычислительных
средств, являются комбинацией частотных состав­
ляющих, появляющихся в результате импульсных
помех преобразователя напряжения и информаци­
онных составляющих обрабатываемых данных. Для
подавления несимметричных помех используется
звено П-типа, состоящее из нескольких элементов:
конденсатора С1, дросселя Т1 и конденсатора С2.
Второе звено фильтра, выполненное на следующих
элементах: конденсаторе С2, дросселе TS с двумя
обмотками включенными навстречу друr другу (от­
мечено на схеме точками), конденсаторах С4
и СЗ, - предназначено для фильтрации симметрич­
ных помех. Элементы фильтра выбраны таким об­
разом, что затухание помех по мере увели•1ения
частоты их спектральных составляющих относи­
тельно частоты среза фильтра непрерывно возраста­
ет. Эиерrия, накопленная в индуктивно-емкостных
элементах входного фильтра, позволяет компенси­
ровать кратковременные сбои питающего напряже­
ния (см.пункты соответствующих параметров в раз­
деле 3.1). Точка соединения конденсаторов С4 и СЗ
выведена на корпус и подключается к защитному за­
землению. Подобная конструкция помехоподавляю­
щеrо фильтра предполагает обязательное заземле­
ния корпуса прибора. Если этого не сделать, то на
корпусе будет присутствовать потенциал, равный
половине питающего напряжения.
В данном варианте схемы импульсного источни­
ка питания не применяется автоматическое опозна­
вание номинала напряжения первичной питающей
сети. Значение входного напряжения выбирает
пользователь и устанавливает его коммутацией
Полная принципиальная схема бестрансформатор­
ноrо источника питания с ма�<симальной вторич­
ной мощностью 200 Вт фирмы ОТК представлена
на рис. 2.2.
Все элементы на принципиальной схеме (см.рис. 22)
расположены на одной односторонней печатной
плате. Здесь не показаны разъемы подключения
сетевого питания и вы1<лючатель, который нахо­
дится на системном модуле персонального компь­
ютера. Элементная база, использованная в данной
схеме, рассчитана на нагрузочные параметры, при­
веденные в разделе 2.1. Увеличение потребляемой
от источника питания мощности сверх норм, ука­
занных в разделе 2.1, приведет к защитному отклю­
чению преобразователя.
Для защитного отI<Лючения схемы первичного
преобразования входного напряжения при неи­
справностях во входной цели перед помехоподавля­
юЩJ,tм фильтром установлен пла.в1<ий предохранитель.
Наличие плавкого предохранителя обязательно
и является выполнением соответствующего требо­
вания •Руководства по проектированию источни­
ков питания•> версия 0.9. Ток ero срабатывания
составляет 5 А при уровне 11итающеrо напряжения
250 В. Пределы1ые параметры предохранителя
выбраны с учетом технолоrическоrо запаса. Необ­
ходимость выбора предохранителя с таким запасом
обусловлена использованием емкостного фильтра,
установленного после диодного выпрямителя.
В соответствии с законом 1<оммутации, напряжение
на конденсаторе не может изменяться мгновенно
(скачком), то есть в на•1альный момент nодключе1шя преобразователя к питающей сети конденсато­
ры фильтра CS и С6 представляют собой коротко­
замкнутые элементы. В этот момент через цепь
входного фильтра происходит скачок тока, который
снижается по мере зарядки этих конденсаторов.
В процессе нормальной работы преобразователя
общий ток потребления, проте�<ающий через пре­
дохранитель, определяется величиной подключен­
ной нагрузки и КПД источника. Типономинал пре­
дохранителя выбирается с учетом максимального
nервовачальноrо брос1<а тока. В качестве ограничи­
теля пускового тока и для обеспечения плавной
зарядки емкостей преобразователя используется
терморезистор NTCR1. Терморезистор имеет отри­
цательный коэффициент сопротивления (обозначен
на схеме -t) и соответственно при нагревании со­
противление этого резистора уменьшается. В исход­
ном (холодном) состоянии терморезистор имеет
сопротивление, равное несколы<им омам, поэто­
му в начальный (пусковой) момент он выполняет
функции оrраничителя тока. В процессе раqоты
29
КОНСТРУКТИВ А ТХ ФИРМЫ ОТК
R�!5R
SI
2X,.,/I ISV
(eмflol •.,...,..
\. ,-, 1w1,ov
!'-,
!'-,
-пое
".J..
� �
!
6�
i
- т�
t(opn�
' <
n.p�..-
у!\
z1J
�
:s:
�
�iiJ
�
g
...
о:,
1
1
wl
r/J.11
1
1-.':J/>f"' 021
:
м2
-
1...-/Ю,,
о� 2SСФ1
RJ7
..
1-
�,....,.
018
01'
,..$,
1
023;
.....
ц5
.!t
·r:
РS-ОН
017
р
•••
02
ою
••
i
2"'/1,С,
02
�1
""�""'16
im
ю
10-020$
CIJ
220</IW
r
7:,2
•1,1
Вс�•�•-о
O�tOO�
1'.)
780S
08
С11
,.1
03
1
09
...
№•
Ii
.....
,J::;
,,�
$<6
07
1�'rn11:
С12
1tJ, /,О,
С21
IOOnl
о ..�р.....
,�1 "'°
.l<OI
.ш
.,.
••2
IOOI<
..,
120•
'°"
<
-12У
С23
l,F/>oY
I
..,
'tI-:::i Q_iо�-
+НУ
nJt[
C""800vll1,1� ltOМOJIO ).3 8
R)t 9)�
••1
1W
L3
031
10<
С16
47µr/1fN
RS8
'
·
ill
п
9ull0q .nu,rlil(!"'118
"57
1
•
)'С)
02:0
♦>У
.,,,
·�� �
,,,
�
1. ;, �-1'!�
l•,i
...i:I
027
P()W(RC()()()
100<
Ii
,2
100A/2W
06!)0""'.... �
..:•
--пf'1т ,,о
10:u
0161
2
"20
2'<2>
15
С2$
2nF/11CV
02>
,
•1211
... :!..�
02•
ra1s$·
019
а...wим
09
Rl1
·�
5
а
• С6
•�r
20-000,,
О\
"о
1
� / 040 :rt12
iI
\J8l'lu :М.&Nlf'II
а сf
'•X V
С21 1,,i�
Nlc,11
RIJ
ЦJ
-� т,,,.,
'3
10-0207
"
8�1.1el\1t
,,.9.....,
=
г
-�
��:о,,
�:х:
�
�
:х:
J::
:::i
Cu
:х)
�
Cu
Принципиальная схема
переключателя S1, который изображен на принци­
rтиальной схеме (см. рис. 2.2) над сетевым диодным
выпрямителем на элементах D 11 - D14. При на­
пряжении первичной сети равном 220 В средний
контакт переключателя остается свободным и ни­
куда не подключается. Если работа источника пи­
тания должна производиться с питанием от напря­
жения 115 В, то средний контакт переключателя
при коммутации соединяется с точкой соединения
конденсаторов С5 и С6. Рассмотрим, как переклю­
чатель действует на схему.
В положении переключателя, соответствующем
входному переменному напряжению 220 В, в ра­
боте находятся все диоды двухполупериодного
выrтрямителя D11 - D14. Действующее значение
выпрямленного напряжения, измеренного на nоло­
жителыюй обкладке конденсатора С5 относитель­
но отрицательной обкладки С6, составляет 220 В х
х 1,41- 310 В. Именно на напряжения, близкие
к данной величине, рассчитаны все рабочие режи­
мы усилителя мощности, вторичные цепи и пара­
метры стабилизации ШИМ формирователя. Если
сохранять схему выпрямителя без изменения, то
при переходе на питание от пониженного напряже­
ния, то есть 115 В, действующее значение напряже­
flия должно снизиться до уровня 115В х 1,41 = 162 В.
Цля тоrо чтобы значение выпрямленного напряже­
ния не изменилось переключ·ателем подключают
один из фазных проводов первичной сети к точке
�оединения конденсаторов С5 и С6. В этом случае
�хема подключения питающего напряжения вы­
глядит так, как показано на рис. 2.3а. Переключа­
rель S1 на этом рисунке показан в замкнутом по­
ю,кении.
Согласно схеме, приведенной на рис. 2.3а, в ак­
rивной выпрямительной схеме реально работают
rолько диоды D12 и D14. Диоды же D11 и D13 не
�лияют на состояние схемы, так как они оказыва­
оrся шунтированными замкнутым nереключате1ем S1. Таким образом, полученная схема эквива1ентна схеме, представленной на рис. 2.3б. Такой
зид выпрямителя известен, как схема с удвоением
а)
$1
~115В
V014
б)
~115В
$1
VD12
·cs +
1325В
. ,: !
,
Сб
+ Сб
325В
()-с
Dис 2 З. Схема подключения источника питания к сети
с напряжением 115 В
31
входного напряжения. Выходное выпрямленное
напряжение будет иметь значение =::325 В. Условия
работы основных каскадов по напряжению первич­
ного питания сохранены и выполняются. Общая
мощность потребления переменного тока источ­
ником питания от сети при изменеt�ии напряже­
ния сохраняет свое значение. Но при питании от
напряжения 115 В ток потребления возрастает
примерно в два раза по сравнению с аналогичными
условиями работы при питании источника от на­
пряжения 220 В.
К установке переключателя селектора входного
напряжения следует относиться особенно осторож­
но. Если селектор напряжения будет установлен
в положение 115 В и в таком состоянии источник
питания будет под1<Лючен 1< питающей сети на 220 В,
то сработает схема удвоения напряжения. Напря­
жение на положительной обкладке конденсатора
С5 будет стремиться к значению 220 В х 1,41 х 2 =­
= 620 В. Уровни рабочих напряжений большинства
элементов не рассчитаны на такой режим электро­
питания. Поэтому произойдет пробой силовых
транзисторов усилителя мощности, диодов вы­
прямительного моста, сгорит предохранитель и мoryr
выйти из строя конденсаторы сетевого фильтра CS
и С6, предельное напряжение которых обычно не
превышает более 200 В. Предохранитель не сможет
защитить активные элементы схемы до их пробоя.
Менее критичным является включение источни­
ка питания в сеть 115 В с переключателем, установ­
ленным в положение 220 В. В этом случае значение
входного напряжения будет ниже минимального
значения, определенного в основных технических
характеристиках в 180 В. Условия работы схемы не
будут выполнены и преобразователь не запустится.
Плавкий предохранитель F1 перегорает, когда
через пробитые транзисторы начинает протекать
значительно увеличенный ток. Сгоревший предо­
хранитель не позволит развиваться процессу по­
вреждения источника питания. Контроль уровня
входного напряжения выполняется с помощью
двух варисторов Z1 и Z2, установленных во вход­
ной цепи источника питания. Варисторы - нели­
нейные элементы, сопротивление которых зависит
от приложенного к ним напряжения. Если напря­
жение на варисторе не превышает определениоrо
значения, то его сопротивление остается высоким
и практически не изменяется. В случае повышения
напряжения ero сопротивление резко снижается.
Эта ,способность варисторов используется и для со­
здания узла защиты от повышения входного пита­
ющего напряжения. Наиболее распространенный
тип варисторов, применяемых в источниках пита­
ния, - 07D241.
Первый варистор - Z1 постоянно подключен па­
раллельно входным клеммам источника питания.
Принципиальная схема. Автогенераторный вспомогательный иаочник
Он рассчитан на срабатывание при напряжении,
превышающем значение 260 В, когда его сопротив­
ление сн1tжается настолько, что увеличенный ток
выжигает предохранитель F1.
Варистор Z2 установлен между средней точкой
конденсаторов С5 и С6 сетевого фильтра и корпу­
сом источника питания. Этот элемент выполняет
защитные функции при попадании 110тенциала на
корпус прибора. Напряжение на Z2 в нормальных
рабочих условиях не превышает 170 В или, если
быть точным, 155 В при первичном питании от
220 В и 162 В при питании от 115 В. Попадание
фазного напряжения на корпус вызовет увеличение
напряжение на Z2, его сопротивление уменьшит­
ся и предохранитель F1 сгорит.
Общнй принцип функционирова11ия источника
шпания заключается в следующем. После подачи
на вход источника переменного напряжения пита­
ния, выпрямления его диодным мостом на диодах
D11 - D14 и фильтрации на сглаживающем фильт­
ре, образованном дросселем Т и конденсаторами
С5, С6, постоянное напряжение с номинальным
значением 310 В поступает на каскад усилителя
мощности, основными активными элементами ко­
торого являются транзисторы Q9, Q10, и на каскад
однотактного высокочастотного преобразователя.
Последний выполнеt1 на транзисторе QЗ. Если
выпрямленное питающее напряжение превышает
==180 В х 1 ,41 - 254 В (уровень нижней rран1щы
питающего напряжения), происходит самовоз­
буждение преобразователя на QЗ. В состав каскада
этого автогенератора входит трансформатор Т6,
к вторичной обмотке которого подключены выпря­
мители на диодах D8 и D9, с выхода 1<оторых сни­
мается напряжение для питания ШИМ формиро­
вателя и стабилизатора канала питания схемы
компьютера в дежурном режиме (+5 VSB). Один
вывод вторичной обмотки трансформатора Т6 под­
соединен к общему проводу flторичного питания.
Выпрямители ШИМ канала и стабилизатора на­
пряжения питания в дежурном режиме подключе­
ны к двум включенным последовательно полуоб­
моткам трансформатора Т6. Выпрямитель ШИМ
формирователя образован диодом D9. Фильтрация
напряжения с выхода этого выпрямителя осуществ­
ляется конденсатором С24. Выпрямитель и фильтр
канала дежурного режима ( +5VSB) образован дио­
дом D8 и конденсатором С14 соответственно. При
поступлении питания ШИМ преобразователь за­
пускается и начинает формировать импульсные
сигналы для возбуждения усилителя мощности.
Усилитель мощности выполнен на транзисторах
Q9 и Q10 по полумостовой схеме. Для нормальной
работы усилителя мощности необходимо, чтобы
транзисторы открывались по очереди и в разные
промежутки времени. Включение транзисторов
в полумостовой схеме требует, чтобы была исклю­
чена возможность их одновременного открывания
и протекания сквозного тока, та1< как это выведет их
из строя. Обеспечение корректной работы транзис­
торов силового каскада выполняется лоп1кой фор­
мирования управляющих последовательностей
ШИМ регулятора.
С вторичных обмоток трансформатора ТЗ им­
пульсные напряжения поступают во вторичные
це11и, где происходит их выпрямление II фильтра­
ция. Полученные напряжения затем стабилизиру­
ются и используются для питания. К каналам
вторичных напряжений подключены датчики,
выполняющие функции измерительных цепей
по выявлению короткого замыкания в нагрузке,
не1<онтролируемоrо повышения напряжений по
каналам и контролю текущего уровня основных
вторичных �,апряжений. Сигналы этих датчиков
воздействуют на ШИМ преобразователь, опреде­
ляя род его работы в каждый момент времени. Те­
перь последовательно рассмотрим функционирова­
ние и устройство всех основных узлов импульсного
источника в следующей последовательности: авто­
генераторный вспомогательный источник на тран­
зисторе QЗ, ШИМ регулятор и относящиеся к нему
цепи, усилитель мощности, каналы вторичных на­
пряжений, цепи защиты источника питания. Набор
этих узлов является типовым для блоков питания
АТХ форм-фактора. Их построение у разных фирм­
производителей может отличаться в деталях, но ос­
новные принципы остаются неизменными. Ниже
приводится информация, которая может служить
базой для изучения или работы с аналогичными из­
делиями.
2.4.1. Автогенераторный
..
вспомогательныи источник
Автоrенераторный вспомогательный источник на
транзисторе QЗ выполнен по схеме однотактного
преобразователя с насыщающимся траисформато·
ром. В выпрямителях вторичных каналов исполь­
зована схема с обратным в1UJючением выпрями­
тельного диода, то есть ток через диод и в нагрузку
протекает во время закрытого состояния силового
транзистора QЗ.
В момент подачи питания на каскад автогенера­
тора на базу транзистора QЗ через последовательно
соединенные резисторы R12 и R6 поступает напря­
жение начального смещения. Транзистор QЗ от­
крывается, через него и первичную обмотку транс­
форматора Т6, подключенную между коллектором
QЗ и положительным полюсом напряжения пита­
ния, начинает протекать ток. Этот ток наводит ЭДС
32
Принципиальная схема. Автогенераторный вспомогательный источник
u.в
'
'
1
1
1
_ L __ I
700
БОО
500
� 1
1
400
<О
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
ul
'
'
'
ul
� 1
11
<О
1
1
1
1
1
1
1
1
-,1
100
1
1
1
1
1
1
1
1
200
1
1
1
j
1
300
о
115
1
1
1
u.в
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
-т -г
1
.1
LO
'
..J__ J _ 1. __ L_
1
1
1
1
1
1
1
1
1 20
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1--,-1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
10
1
1
1
1
1
-г -'1
130
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
,-11
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 40
1
1
1
145
1
1
1
1
1
1
1
1. м•с
-
о
u.в
0,6
о
1
1
1
1
1
1
1
1
__ J
-3.9
1
--1
1
1
1
-8.4
1-----
'
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
J51
1
1
1
-L _1_
301
51
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
--1-
'
1
1
1
1
40
1
,1
1
1
1
1
t, мкс
1
1
1
-'- t. мкс
1
1
1
.l -
1
1
1
1
-г-'
1
значениями сопротивления резистора R12, емкос­
ти конденсатора С11 и индуктивными характерис­
тиками обмоток трансформатора Тб.
Накопление энергии в сердечнике трансформа­
тора Т6 происходит в течение открытого состояния
транзистора. Вторичные обмотки трансформатора
Тб под1<лючены к выпрямителям таким образом,
что в момент открывания транзистора QЗ к выпря­
мительным диодам D8 и D9 поступает отрицатель­
ное запирающее напряжение. Когда полярность на­
пряжения в обмотках трансформатора Т6 меняется,
транзистор QЗ закрывается и к диодам выпрямите­
лей D8 и D9 подается отпирающее положительное
напряжение. Диоды открываются, через них проте­
кает то�< на конденсаторы фильтров и в нагрузку.
Демпфирующая цепочка из диода D2, реэистора
R1 и конденсатора С10 снижает уровень выбросов
напряжения при переключении транзистора. Ее не­
обходимость становится очевидной в момент запи­
рания транзистора, когда уровень скачка напряже­
ния без нее может достигать 4U" - 1200 В!
Стабилитрон ZD2, резистор R7 и диод D7 рабо­
тают в цепи смещения базовой цепи транзистора
QЗ, а в моменты коммутации оказывают демпфи­
рующее воздействие на переход база-эмиттер.
На рис. 2.4 приведены диаграммы напряжений
в контрольных точках автоrенераторного вспомога­
Рис. 2.4. Временнь1е диаграммы напряжений
в контрольных точках автогенераторного
вспомогательного источника на транзисторе QЗ
тельного источника на транзисторе QЗ.
На верхней диаграмме представлен импульсный
сигнал, формируемый на коллекторе транзистора
QЗ. На средней диаграмме показано изменение на­
пряжения в точке соединения конденсатора С11,
базовой обмотки обратной связи и катода диода
D7. Нижняя диаграмма отражает вид сигнала на
базе транзистора QЗ. В точке соединЕ>ния резисто­
ра R7 и отрицательной обкладки конденсатора
С16 в установившемся режиме работы напряжение
имеет постоянную величину от --8,2 до -8,4 В, из­
меренную относительно потенциала отринатель­
ной обкладки конденсатора С6 или эмиттера QЗ.
Диаграммы напряжений получены при отсутствии
нагрузки в канале напряжения питания дежурного
режима. Единственным элементом наrрузк� явля­
лась схема ШИМ преобразователя - IC1.
Транзистор автогенератора установлен на печат­
ной плате напротив вентилятора без дополнитель­
ного теплоотвода. Охлаждение его производится
воздушным потоком. Этого 01<азывается достаточно
для исключения перегрева, та�< как максималью.lЯ
мощность данного автоrенераторноrо вспомога­
тельного источника, отдаваема.я в нагрузку, состав­
ляет несколько ватт.
Принципиальные схемы автогенераторов раз­
личных фирм-производителей для источников
самоиндукции в обмотке обратной связи, намотан­
ной на тот же сердечник и подключенной к базовой
цепи транзистора QЗ таким обраэом, что возник­
ший импульс положительной полярности через
конденсатор Ct1 и резистор R6 проходит на базу
QЗ и поддерживает процесс открывания транзис­
тора QЗ. При этом транзистор переходит в состоя­
ние насыщения. Напряжение на нем минимально,
а величина тока определяется индуктивным сопро­
тивлением первичной обмотки Т6. Нарастание
тока в первичной обмотке Т6 будет продолжаться
до наступления насыщения его сердечника, затем
прекращается импульс напряжения в обмотке об­
ратной связи, поддерживающий транзистор QЗ
в состоянии насыщения. После этого полярность на­
пряжения на обмотке обратной связи резко меняет­
ся на противоположную, начинается процесс закры­
вания транзистора и перемагничивания сердечника.
На базу транзистора QЗ поступает запирающий
потенциал. Транзистор QЗ вновь открывается пос­
ле перезарядки конденсатора С11 через резистор
R12 и нарастания напряжения смещения на нем до
уровня открывания транзистора QЗ. Временньiе
параметры работы данной схемы определяются
5-717
33
Принципиальная схема. Автогенераторный вспомогательный иаочник
питания АТХ форм-фактора могут отличаться не­
которыми деталями. В качестве примера приведем
силовую часть схемы аналогичного назначения, ис­
пользуемую в импульсном преобразователе фирмы
Link,vorld. Фрагмент принципиальной схемы авто­
генератора вспомоrател ьноrо канала, входящего
в состав источника питания фирмы Link,vorld, при­
веден на рис. 2.5.
Принцип действия автогенератора, построенного
по схеме рис. 2.5, аналогичен рассмотренному выше
принципу. В первичной цепи трансформатора TV
включены две обмотки: W 1 - первичная силовая об­
мотка, Woc - обмотка обратной связи, подсоеди­
ненные в базовой цепи транзистора VT1. Питание
каскада осуществляется выпрямленным сетевым на­
пряжением. Общие проводники первичной и вторич­
ной цепей не имеют гальванических соединений.
В качестве демпфирующей цепочки, подключен. ной к коллектору транзистора VT1, использованы
последовательно соединенные резистор R5 с номи­
налом 100 Ом и конденсатор СЗ емкостью 2000 пФ.
Вследствие того, что при работе на индуктивную
нагрузку транзистор VТ1 испытывает большие пе­
регрузки по напряжению, в схеме применен мощ­
ный транзистор типа 2SC5027. Тип диодов VD 1
и VD2 - 1N4148. Элемент ZD1 - маломощный ста­
билитрон с напряжением стабилизации 6,8 В. Рези­
сторЬI имеют следующие номиналы: R1 - 1,5 I<Ом,
R2 - 820 Ом, RЗ - 470 кОм, R4 - 1,5 кОм. Конденса­
тор С1 - электролитнческий на напряжение 50 В
и емкостью 10 мкФ. Конденсатор С2 - керамичес­
кий, емкостью 4700 пФ. На рис. 2.5 цифрами в кру­
жочках отмечены контрольные точI<И, для которых
на рис. 2.6 приведены диаграммы напряжений.
Как видно из верхней диаграммы (см. рис. 2.6),
частота генерации составляет �110 кГц. Величина
напряжения на коллекторе практически достига­
ет 700 В. На отрицательной обкладке конденсато­
ра С1 (относительно положительной) в процессе
работы устанавливается постоянное напряжение
величиной� -9,5 В. Измерения параметров данной
схемы и снятие временных диаграмм производи­
лось в отсутствие нагрузки по всем вторичным це­
пям, ВI<лючая I<анал +SVSB.
Основные функции авто1-енераторной схемы
заключаются в формировании начального напря­
жения питания, необходимого для запуска ШИМ
преобразователя, и в обеспечении подачи напряже­
ния на электронные узлы, когда 1<0мпьютер нахо­
дится в дежурном режиме работы.
Вторичная обмотка трансформатора Т6 одним
выводом присоединена к общему проводу вторич­
ной цепи питания. От средней точки вторичной об­
мотки сделан отвод для подключения выпрямителя
I<анала дежурного режима. Выпрямитель выполнен
на одном диоде D8, параллельно которому включе­
на форсирующая емкость С 13 для ускорения расса­
сывания избыточного заряда в полупроводниковой
структуре при подаче на диод запирающего напря­
жения. Катод диода D8 соединен с конденсатором
фильтра С14 и входом VI параметрического стаби­
лизатора JСЗ. Параллельно входу IСЗ подключен
резистор R19 с номиналом 680 Ом.
В отсутствие нагрузки источника питания по всем
J<аналам конденсаторы выпрямительных фильтров
u .в
0
700
- 1 --r1
1
600
500
400
1
11" 1 11
,� �, 1
1
1
--1 _l_
1
--т J__
1
1
1
1,
..
1"!
"!
""
1
300
1
1
1
,.
1
1
1
1
200
1
1
1
1
1
1
-1
1
1
1
1
1
1
1
1
t
1
r·
1
1
0,б
1
1
1
1
1
--,1
40
0
1
1
100
о
u.в
1
,
1
1
1
1
1
L1 __
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
10 115
1
0 135 1◄0 145
1 20 125 13
1
1
1
1
t,мкс
5 140 145
1
1
1
1
1
-5
-5,8
шим
но
nреоброэо�оmе��
-10
0
310В
u.в
-8.4
но cmoбunuэomop
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
,,мкс
- 13
+5VSB
ZD1
0
4
U,B
,.мкс
-1
Рис. 2.5. Фрагмент принципиальной схемы
источника питания фирмы Linkworld
Рис. 2.6. Диаграммы напряжений в точках схемы
автогенератора по рис 2.5
34
Принципиальная схема. Автогенераторный вспомогательный источник
заряжаются до амплитудного значения импульсно­
го напряжения. В этом случае напряжение на выхо­
де выпрямителя канала +SVSB составляет +20 В,
а на катоде д110да D9 (выпрямитель J(анала пита­
ния ШИМ преобразователя) оно равно +15 В.
Сравнивая две автогенераторные схемы, отме­
тим различия в построении самого автогенератора
и в подключении вторичных обмоток к нагрузоч­
ным цепям. В выпрямительной схеме источника
питания фирмы DTK на стабилизатор канала
+SVSB подается напряжение более высокого уров­
ня, чем на схему электропитания ШИМ регулятора.
А в схеме источника фирмы Linkworld наоборот.
В этом случае напряжение питания микросхемы
ШИМ регулятора в отсутствие потребления по ка­
налу +SVSB составляет примерно +35 В, а на входе
микросхемы J С3 оно равно +17 В.
Согласно рекомендациям «Руководства... », о ко­
тором упоминалось выше, канал дежурного режи­
ма должен выдавать стабилизированное напряже­
ние с номинальным значением +5 В постоянно,
когда на источник питания подано первичное �,а­
пряжение. Этот канал должен оставаться работо­
способным, даже если остальные вторичные пита­
ющие напряжения отключены внешним сигналом
высокого логического уровня, поданным на вход
PS-ON источника питания. Напряжение дежурно­
го канала необходимо для формирования самого
сигнала PS-ON. Состояние дежурного режима мо­
жет быть установлено, если существует необходи­
мость запуска ПЭВМ через карту локальной сети
(LАN-адаптер) или модем.
Минимальная токовая нагрузка, которую обязан
обеспечивать каим дежурного режима, должна со­
ставлять 750 мА при уровне выходного напряже­
ния +5 В (±5%). С развитием вычислительной тех­
ники энергетические потребности в мощности по
кана.11у дежурного питания постепенно возрастают.
Поэтому было принято условие: увеличение токо­
вой нагрузки по этому каналу до значений 1 А или
1,5 А не должно приводить к выходу из строя эле­
ментов источника питания, работающих в этом ка­
нале. Канал должен быть снабжен встроенной за­
щитой от перегрузки. Для выполнения этого
требования и обеспечения стабилизации напряже­
ния +SVSB в канале установлен интегральный ста­
билизатор 7805 - МИl(росхема IC3. Стабилизатор
имеет встроенную защиту от перегрузки и перегре­
ва. К выходу интегрального стабилизатора IC1/3
подключен дополнительный фильтрующий кон­
денсатор С16.
При подаче входного напряжения питания к ис­
точнику на выходе стабилизатора IC3 формирует­
ся напряжение +5 В. Через резистор R22 выход это­
го стабилизатора подсоединяется к базовой цепи
транзистора Q2. Таким образом, если на входе сиг­
нала нет иного напряжения, подаваемого, напри­
мер, от системной платы компьютера, то базовая
цепь транзистора Q2 оказывается под воздействи­
ем высокого логического уровня, блокирующего
работу основной схемы преобразователя. Вслед­
ствие чего происходит отключение вторичных на­
пряжений.
Интегральные стабилизаторы напряжения по­
ложительной полярности серии 78ХХ содержат
микросхемы с аналогичным схемотехническим по­
строением и отличаются уровнями выходного на­
пряжения. Выбран следующий ряд положительных
напряжений стабилизации (в вольтах): 5, 6, 8, 8,5,
9, 12, 15. Стандартный допуск на отклонение вы­
ходного напряжения от номинального значения со­
ставляет ±5%. Номинал выходного напряжения
указывается в наименовании микросхемы вместо
ХХ, например: ХХ - 05 - означает +5 В, ХХ - 85 это 8,5 В. В наименовании зарубежных микросхем
перед типом прибора присутствует индекс, указы­
вающий на фирму-производитель, например:
mA78XX - фирма Fairchild, UA78XX - Texas Jnstru­
ments и т.д. Фующиональными аналогами этих ста­
билизаторов отечествеююrо исполнения являются
МИI(росхемы серии КР142ЕНХХ, точность установ­
ки выходного напряжения в них составляет от ±2
до ±4% в зависимости от номинала выходного на­
пряжения и исполнения корпуса. Нагрузочная спо­
собность стабилизаторов для различных �юдифи­
каций равна 1,5 и 2 А. В отечественной маркировке
цифра в конце не всегда соответствует значению
напряжения стабилизации. Так, стабилиза1-ор с но­
минальным выходным напряжением +9 В имеет обо­
значение КР142ЕН8А, а микросхема КР142ЕН5Б на
выходе формирует напряжение +6 В. Для надежно­
го определения типа прибора при проведении заме­
ны обязательно следует пользоваться справочной
литературой.
На принципиальной схеме, показанной на рис. 2.2,
представлена базовая схема включения стабилиза­
тора типа 7805. Для ее работы требуется минимум
внешних элементов, которыми являются, как пра­
вило, конденсаторы фильтров, подключаемых на
его входе и выходе. Некоторые фирмы-производи­
тели подобных микросхем (что справедливо и для
отечественных микросхем серии КР142ЕНХХ) ре­
комендуют устанавливать на входе дополнительный
керамический кощ,tенсатор емкостью 0,33-2,2 мкФ.
Физическое подключение данного конденсатора
рекомендуется производить в непосредственной
близости от входа стабилизатора. Это необходимо
учитывать, когда микросхема стабилизатора со­
единена с выходом выпрямителя достаточliо длин­
ными проводниками. Керамический конденсатор
35
Принципиальная схема. ШИМ регулятор
• микросхема IC1 типа TL494 - ШИМ преобра­
зователь. Цепи пассивных элементов, подклю­
ченные к микросхеме, задают динамические
параметры ее работы, а также являются состав­
ными частями датчиков контроля уровней вто­
ричных напряжений;
• группа элементов на транзисторах Q7, Q8
и трансформаторе Т2 образует каскад согласо­
вания уровня и мощности импульсных сигна­
лов меЖду выходом ШИМ преобразователя
и входными цепями усилителя мощности;
• узел на транзисторах Q1, Q2, Q4 - Q6 установ­
лен для ШИМ peryJiятopa с целью получения
сигналов о неконтролируемом возрастании или
понижении уровней вторичного напряжения;
он используется также для защиты вторичных
цепей.
устраняет генерацию, возни1<ающую в стабилизато­
ре под влиянием паразитных индуктивностей и ем­
костей проводников печатного монтажа. Паразитный
колебательный процесс возбуждается в момент
скачкообразного изменения напряжения на входе
стабилизатора. Амплитуда колебаний может пре­
вышать уровень максимально допустимого входно­
го напряжения, что выведет из строя выходной
мощный транзистор стабилизатора. Установка ке­
рамического конденсатора изменит характеристи­
ки контура распределенных реактивных элементов,
нарушит условия возникновения генерации и вход­
ное напряжение будет нарастать плавно.
2.4.2. ШИМ регулятор
Преобразователь импульсов, действующий по
принципу модуляции их ширины, является одним
из основных каскадов импульсного источника пи­
тания. Принцип работы источника состоит в том,
что от ШИМ регулятора зависит поступление всей
энергии во вторичные цепи питания. Правильность
же его работы определяют параметры стабилизации
· вторичных напряжений. Выше был описан ( см. гла­
ву 1) общий принцип широтно-импульсной моду­
ляции и его использование в импульсных источни­
ках вторичного электропитания. В данном разделе
будет рассмотрено практическое воплощение этого
принципа на примере специального каскада, пред­
назначенного для управления работой источника
питания в компьютерах АТХ форм-фактора.
На принципиальной схеме, приведенной на рис. 2.2,
непосредственно к каскаду ШИМ преобразователя
относятся узлы, построенные на ':ледующих актив­
ных элементах:
Все основные преобразования ШИМ сигналов,
а также их формирование осуществляется модуля­
тором, выполненным на микросхеме типа TL494.
Существует два типа корпусов, в которых выпуска­
ется данная ми1<росхема. В источниках питания, как
правило, используется пластиковый корпус DJP,
имеющий 16 выводов. Полное наименование мик­
росхемы в таком корпусе - TL494CN. Обозначение
относится к микросхеме производства фирмы Texas
Instruments. Функциональное назначение выводов
микросхемы приведено в табл. 2.3. Соответствующие
аналоги этой микросхемы выпускают и некоторые
другие фирмы, причем каЖдая из них присваивает
свое фирменное обозначение. Приведем примеры:
фирма FUJIТSU - МВ3759, фирма SAMSUNG КА7500, фирма FAIRCHILD- ma494, микросхема
российского произ·водства - КР 1114ЕУ 4, фирма
Таблица 2.3. Функциональное назначение выводов микросхемы ТL494CN
Номер вывода
Функциональное назначение
1
Прямой( +) вход усилителя ошибки 1
2
Инверсный(-) вход усилителя ошибки 1
3
Вход сигнала обратной связи
4
Вход компаратора «регулировка мертвой зоны»
5,6
Входы для подключения времязадающих пассивных элементов
7
Общий провод питания
8
Комектор первого усилительного транзистора
9
Эмиnер первого усилительного транзистора
10
Эмиттер второго усилительного транзистора
11
Коллектор второго усилительного транзистора
12
Общее положительное напряжение питания микросхемы
13
Вход р.:1зрешения/блокировки работы выходных каскадов микросхемы
14
15
Выход стабильного опорного напряжения
Инверсный(-) вход усилителя ошибки 2
16
Прямой ( +) вход усилителя ошибки 2
Зб
Принципиальная схема. ШИМ регулятор
• два транзистора VT1 и VT2 используются для
построения усилителей уровня и мощности
выходных импульсных последовательностей.
Выводы колле1<Торов и эмиттеров этих транзи­
сторов оставлены ненагруженными для расши­
рения возможностей по их подключению I< пос­
ледующим каскадам.
SHARP - IРЗМO2. Эта микросхема предназначена
специально для построения ШИМ узлов. В корпусе
микросхемы TL494CN заключены все необходи­
мые каскады.
Функциональная схема интегрального ШИМ
преобразователя типа TIA94 изображена на рис. 2.7.
Элементы, изображенные на функциональной
схеме, имеют следующие наименования и назна­
чение:
Операционные усилители сигнала ошибки име­
ют рабочий диапазон входных напряжений от -0,3
до 2 В. Последнее (наибольшее) значение соответ­
ствует U напряжению питания микросхемы. На
входе компаратора «мертвой зоны► технолоrичес­
I<И установлено смещение, обеспечивающее гаран­
тированное наличие минимальной паузы между
импульсами управления. Рабочее напряжение пи­
тания на микросхеме в диапазоне от 7 до 40 В мо­
жет быть установлено произвольным. Предельное
значение напряжения питания микросхемы и уро­
вень напряжения на коллекторах выходных тран­
зисторов составляет 41 В. Максимальное значение
тока коллектора r. max равно 250 мА, рекомендо­
ванный рабочий ток - 200 мА.
Рабочий диапазон частот генератора пилообраз­
ного напряжения составляет от 1 до 300 I<Гц. Конден­
сатор, подключаемый к выводу 5 микросхемы IC1,
может иметь любое значение номинала от 470 пФ
до 10 мкФ, резисторы для установки во времязада­
ющей цепи - в пределах 1,8-500 кОм.
Температурный диапазон работы микросхемы
типа TL494CN составляет О-70 ·с.
С момента подачи напряжения питания на вы­
вод 12 относительно вывода 7 ШИМ регулятор на­
чинает формирование на выходных контактах (вы­
воды коллекторов и эмиттеров транзисторов VТ1
и VT2) импульсных сигналов. Формально для по­
лучения на этих выводах последовательностей им­
пульсов никаких сигналов обратной связи не тре­
буется. Но к микросхеме должны быть подключены
пассивные элементы, задающие параметры работы
генератора и обеспечивающие смещения на входах
операционных усилителей. Для наблюдения им­
пульсов на выводах выходных транзисторов в схеме
должны быть установлены дополнительные нагру­
зочные резисторы, определяющие схему их вю1ю­
чения.
Рассмотрим схему включения ШИМ преобразова­
теля в системе управления импульсным источни�сом
питания, пользуясь обозначениями на принципи­
альной схеме, приведенными на рис. 2.2, и функци­
ональной схемы - на рис. 2.7.
При подаче напряжения питания на вход им­
пульсного источника на транзисторе QЗ включает­
ся автоrенераторный вспомогательный источник,
который формирует на своих вторичных обмотках
два напряжения. Первое предназначено для запит1си
• на элементах, входящих в состав узла под об­
щим названием <l'Генератор�. собран основной
каскад генератора пилообразного напряжения,
временнь1е характеристики колебаний которо­
го задаются внешними элементами, подключа­
емыми к выводам 5 и 6;
• источник опорного напряжения предназначен
для формирования стабильного напряжения
с номинальным значением +5 В, используемо­
го для работы каскадов сравнения и выработки
напряжения ошибки. Точность источника опор1юrо напряжения находится в пределах ±5%;
• элемент DA 1 - компаратор «мертвой зоны,>,
временного интервала между выходными им­
пульсами;
• элемент DA2 - компаратор сравнения сигна­
лов рассогласования и пилообразного напря­
жения - ШИМ компаратор;
• операционные усилители DАЗ и DA4 - схемы
выработки сигналов рассогласования;
• элементы с номерами DO1 - DD6 относятся
к технике цифровой автоматики и выполняют
логическую обработку сигнала, поступающего
от ШИМ компаратора DA2;
6
5
11 -
Генероmор
"О
Koмnopomop
"мерmе.оо зон,.··
с
002
~О.1 V
Ycuлurne.11ь
owuб•u 1
13
Koмnopomop
шим
D04
DD.3
Исmочнuк
оnорного
ноnрА.женu�
0.7 mA
.3
7 14 12
10
11
9
8
Рис. 2. 7. Функциональная схема интегрального
ШИМ преобразователя типа ТL494
37
Принципиальная схема. ШИМ регулятор
стабилизатора канала дежурного режима, а вто·
рое - для подачи питающего постоянного напр�же·
ния на микросхему ШИМ стабилизатора. Обмотка
трансформатора Т6, с которой снимаются напряже­
ния для питания JC1 и стабилизатора канала де•
журноrо режима (+SVSB), включена во вторичную
цепь источника питания. Это означает, что общие
проводники этих цепей объединены между собой.
Таким образом, питание ШИМ преобразователя
производится напряжением, гальванически развя­
занным от первичной сети питания. Напряжение,
подаваемое на вывод 12 микросхемы IC1 от выпря­
мителя на D9, нестабилизированно и служит для
начального запуска этой микросхемы. В зависимо·
сти от величины нагрузки канала дежурного режи·
ма +SVSB уровень напряжения на вторичной обмот­
ке трансформатора Т6, а, следовательно, и питания
на IC1/12, будет изменяться в некоторых пределах.
Для формирования пилообразного напряжения
внутренним генератором микросхемы IC1 между ее
выводом 6 и общим проводом вторичного напряже•
ния подключен резистор R29 с номинальным зна­
чением сопротивления 12 кОм, а между общим ттро·
водом и выводом IC1/5 включен конденсатор С18
емкостью 1500 ттФ. Согласно сервисной документа·
ции на микросхему TU94, расчет частоты rенерации,
применительно к элементам данной принципиаль•
ной схемы, может быть произведен по следующей
формуле:
1
Fl = ---
R1гC1г
1
1
t 1
, ,
----.....
t 1
1
1
1
1
1
1
1 1
1 1
,__.......,_
__, 1
1 1
1 t
Рис. 2.8. Диаграммы напряжений,
иллюстрирующие работу микросхемы ТL494
сигнал, значения которого принимают только два
состояния. Е�и на инвертирующем входе напряже•
ние превышает уровень напряжения на неинверти­
рующем, то на выходе компаратора устанавливается
низкое напряжение, в данном случае нулевое.
И наоборот, если величина напряжения на инвер•
тирующем входе меньше, чем на неинвертирую­
щем, то на выходе напряжение принимает значение
высокого уровня, близкого к уровню питания. В на­
шем случае, когда напряжение начального смеще­
ния на неинвертирующем входе компаратора DA1
больше напряжения пилообразного генератора, по­
данного на второй вход, выходное напряжение (диа­
грамма 2 на рис. 2.8) имеет высокий уровень.
Ко входу ICt/4 подключены дискретные элементы
каскадов только с положительным напряжением
питания. Смещение на неинвертирующем входе
DA1 на величину 100 мВ является минимальным,
и приращение напряжения на IC1/4 может только
увеличить его. Поэтому можно сделать вывод о том,
что длительность импульсов, формируемых на вы­
ходе DA1, при данном начальном смещении имеет
минимальное значение и с повышением напряже­
ния на выводе IC1/4 длительность импульсов поло­
жительной полярности будет только увеличивать­
ся. Какое влияние это свойство оказывает на работу
всей схемы управления, будет рассмотрено ниже.
Периодическая последовательность импульсов
с выхода компаратора DA1 поступает на цифровой
логический элемент типа ИЛИ - DD1. Частота сле­
дования импульсов определяется временными ха­
рактеристиками пилообразного напряжения.
(2.1)
При указанных значениях элемеtrrов RC цепочки,
частота работы генератора составляет ::::55,5 кГц.
Внутренний генератор формирует сигнал с нарас­
тающим напряжением, форма которого представле­
на на верхней диаграмме рис. 2.8. Согласно данным
технической документации на микросхему TL494,
нарастание напряжения доходит до уровня +3 В,
после чего конденсатор разряжается и напряжение
на нем скачком падает до нулевого значения. Затем
процесс циклически повторяется ( см. диаграммы
на рис. 2.8). Вид сигналов имеет качественный ха­
рактер и не отражает реальных временных и ам­
плитудных соотношений.
Пилообразное напряжение подается на инверти­
рующие входы компаратора •мертвой зоны• - эле­
мент DA1 и ШИМ компаратора - элемента DA2. Ко
второму входу компаратора подключен внутренний
источник начального смещения, величина которого
задана и составляет 100 мВ. На диаграмме 1 рис. 2.8
наличие этого источника условно изображено пря­
мой линией, пересекающей •зубцы• пилообраз­
ного напряжения. Компаратор является пороговым
устройством, поэтому на его выходе формируется
38
Принципиальная схема. ШИМ регулятор
импульсы положительной rтолярности формиру­
ются здесь в том случае, когда уровень напряжения,
поданного с выхода DАЗ, превышает уровень ли­
нейно нарастающего напряжения на инвертирую•
щем входе DA2. На диаграмме 4 по1сазано, как про­
исходит изменение длительности положительных
импульсов и соответственно паузы между ними
в зависимости от формы напряжения на выходе
DАЗ. Длительность положительного импульса уве­
личивается по мере возрастания уровня на выходе
DАЗ, то есть продолжительность импульса прямо
пропорциональна уровню напряжения на выходе
усилителя рассогласования. Последовательность
импульсов подается на второй вход цифрового эле­
мента DD1, на первый вход которого поступает
импульсный сигнал с выхода DA1 - компаратора
•мертвой зоны•.
Элементы микросхемы IC1, работа которых опи­
сана выше, входЯт в аналоговую часть обработки
и формирования сигналов. Необходимо отметить,
что компараторы занимают здесь пограничное по­
ложение. Получая по входам аналоговые сигналы,
на выходах они формируют двухуровневый сигнал.
Компоненты же с буквенным обозначением DD от­
носятся к элементам исключительно цифровой ав­
томатики, работающими с дискретными сигналами
1<ак по входам, так и по выходам. Сиrnалы имеют
только два уровня. В позитивной логике (этой
терминологии мы будем придерживаться и даJ1ее)
логической единицей принято считать значение
напряжения, близкое к уровню положительного
питания. У ровень логического нуля - низкий уро­
вень, близкий к потенциалу общего провода.
Выходное состояние элемента DD1, логическое
ИЛИ, принимает значение логической единицы тог­
да и только тогда, когда хотя бы на одном (произ­
вольном) из его входов сигнал также имеет высокий
логический уровень. Выход считается в состоянии
низкого уровня, когда на все входы логического
элемента типа ИЛИ подволятся напряжения также
низкого уровня.
Вид импульсных сигналов на входах элемента
DD1 представлен на диаграммах 2 и 4 (см. рис. 2.8).
По времени начало формирования положительных
импульсов на обеих диаграммах совIJадает, но их
длительность больше в последовательности, посту­
пающей с выхода DАЗ. В данном случае выходной
сигнал элемента DD1 будет совпадать с диаграм­
мой 4. Последовательность, полученная на выходе
DDt, является базовой дЛЯ формирования конеч­
ного управляющего воздействия на силовые эле­
менты усиJJителя мощности. Все вре�енные соот­
ношения конечного сигнала уже заложены в этой
исходной последовательности. Выход DD1 соеди­
нен со счетным входом С динамического триггера -
Усилитель ошибки на элементе DАЗ проводит
сравнение напряжения обратной связи и опорного
напряжения, уровень последнего определяется со­
отношением резисторов R23 и R24, подключенных
между выводом IC1/14 и общим проводом. Внуr­
ренний каскад схемы JC1 формирует на выводе
IC1/14 стабильное напряжение с номинальным
значением +5 В. Резисторы R23 и R24 образуют
делитель напряжения, средняя точка которого под­
ключена через вывод ICt/2 к инвертирующему вхо­
ду операционного усилителя DАЗ. На неинвертиру­
ющий вход DАЗ через два резистора R46 и R47
поступает напряжение от выходов вторичных кана­
лов напряжения со значениями +5 В и +12 В соот­
ветственно. Вход IC1/1 через параллельно соеди­
ненные резисторы R25 и R26 подключен к общему
проводу вторичного питания. Величины сопротив­
лений резисторов R25, R26, R46 и R47, образующих
делитель, подобраны таким образом, что при номи­
наJ1ьных значениях выходных вторичных напряже­
ний на выводе IC1/1 устанавливается напряжение
чуrь ниже значения +2,5 В. Этим создано некоторое
начальное дифференциальное смещение на входах
DАЗ. Усилитель DАЗ работает в линейном режиме,
параметры усиления определяются внутренней схе­
мотехникой этого каскада. Питание DАЗ осуществ­
ляется только от внутреннего источника с положи­
тельным значением напряжения. Следовательно,
11зменение выходного напряжения на DАЗ может
происходить только в положительной области. Для
выполнения этого условия напряжение на выводе
IC1/1 t1e должно превышать +2,5 В. Превышение
этого порога приведет к тому, что на выходе DАЗ
установится напряжение с нулевым значением. Да­
лее будем предполагать, что этого не происходит,
и схема работает в некотором заданном для зоны ре­
гулировки диапазоне.
Итак, на входе IC1/2 - напряжение постоян­
ное, а на вход ICt/1 поступает наrтряжение обрат­
ной связи, которое имеет отклонение, определяе­
мое поведением нагрузки. На выходе усилителя
DАЗ формируется сигнал рассогласования, или
ошибки, точность которого определяется парамет­
рами стабильности внутреннего источниха опорно­
го напряжения микросхемы IC1. Понятно, что все
его отклонения от номинала будут передаваться на
IC1/2. Выход DАЗ подключен к неинвертирующе­
му входу ШИМ компаратора - DA2, на второй его
вход подается пилообразное напряжение от генера­
тора. Формы различных сигналов на входах DA2
показаны на диаграмме 3, приведенной на рис. 2.8.
Линией, пересекающей •пилу•, изображено напря­
жение на неинвертирующем входе DA2. Внешний
вил результирующего сигнала на выходе DA2 пред­
ставлен на диаграмме 4 (см. рис. 2.8). Видно, что
39
Принципиальная схема. ШИМ регулятор
прохождение через элемент с11rнала со второго вхо­
да. Или иначе, все изменения сиrnала, установлен­
ного на втором входе, будут точно повторяться на
выходе.
На рис. 2.7 вывод мю<росхемы JC1/13 соединен
с одним из входов элементов DDЗ и DD4 11 может
быть использован для блокировки импульсных
сигналов, поступающих на элементы DDЗ и DO4 от
выходов триггера DD2. Блокировка осуществляет­
ся подачей на этот вывод сигнала низкого логичес­
кого уровня. В данной принципиальной схеме вывод
IC1/13 постоянно соединен с IC1/14 - выходом
источника внутреннего опорного напряжения +5 В.
Этот потенциал является постоянным разрешен11ем
для прохождения последовательностей от выходов
триггера на выходы DDЗ и DD4. Следовательно,
форма напряжения на входах и выходах элементов
соответственно DDЗ и DD4 будет идентична. В дан­
ном случае эти элементы выполняют функции бу­
ферных элементов и повторителей.
Последние элементы, установленные в цепи фор·
мирования ШИМ сигнала, это двухвходовые эле­
менты DDS и DD6. По одному входу этих элемен­
тов подключено к DO3 и OD4 соответственно,
а другая пара входов элементов DD5 и DD6 объе­
динена между собой и подключена к выходу DD1.
Элементы DD5 и DD6 используются для исполне­
ния лоrичес1<оi1 функции типа ИЛИ-НЕ. Эти эле­
менты осуществляют логическую операцию, ана·
логичную DD1, но добавляют еще и отрицание,
1<0 ropPc в цифровой технике 'эквивалентно инвер­
тированию. На выходе логического элемента ИЛИ·
НЕ появляет1.:я сигнал низкого уровня, 1<огда хотя
бы H.:t одном из его входов установлено напряжение
высоко1-о уровня. Если у двухвходовоrо :теме11та
ИЛИ (ИЛИ-НЕ) ввести некоторое абстрактное
различие между входами и один рассматривать как
информационный, а второй - как разрешающий, то
можно сделать вывод о том, что для прохождения
данных от первого входа на выход элемента на вхо­
де разрешения должен быть установлен низкий
уровень напряжения. При подаче высокого уровня
на вход разрешения информация блокируется, и на
выходе постоянно присутствует низкий уровень.
Это с11раведливо для логики работы элемента типа
ИЛИ-НЕ.
На входе DD5 действуют сигналы, поступающие
от выходов DD1 (см. диаграмму 4 на рис. 2.8)
н DDЗ (см. диаграмму 5). В результате логического
сложения этих входных воздейств11й с инвертирова­
нием на выходе элемента DDS появляется сиrnал,
показанный на диаграмме 7. Аналоп1ч110 на диа­
грамме 8 представлена форма импульсов, получен­
ных на выходе элемента DD6. Импульсы положи­
тельной полярности поступают на выходы DD5
DD2, а также с одним из входов каждого из логи­
ческих элементов DD5 и DD6.
Состояние выходов динамического триггера из·
меняется с поступлением положительного фронта
импульса на его счетный вход. В этот момент состо·
яние информационного входа, вывод D, спереnи­
сывается• (повторяется) на прямой выход тригге­
ра - вывод Q. Выход (-Q) всегда имеет состояние
противоположное Q.
На функциональной схеме, представленной на
рис. 2.7, показано, что динамический триrrер DD2
(D-тpиrrep) имеет соединение инверсного выхода
с информационным входом - D. Такое подклю11е­
ние триггера устанавливает его в режим деления
частоты и�шульсной последовательности, поступа­
ющей на счетный вход, на два. Срабатывание триг­
гера, то есть изменение состояния ero nарафазных
выходов, происходит только в момент поступления
на вход С положительного фронта юшульса. В это
время каждый из его выходов меняег свое состоя­
ние на противоположное. Выводы Q и D соедине·
ны между собой, поэтому любое изменение состоя­
ния выхода Q передается на вход D. В результате
r<аждый фронт, поступающий по входу С, перепи­
сывает на выходы измененный уровень входа D.
Между прихолом двух фро1пов состояние выходов
триггера сохраняется стабильным, что показан" на
диаграммах 5 и 6 (см. рис. 2.8). Диаграмма 5 соur­
ветствует состоянию прямого выхода триггера вывод Q, а диаграмма 6 - изменению состояния
инверсного выхода - вывод (-Q). Пере1<лючение
триггера происходит по положительным фронтам
последовательности диаrрам�fЫ 4.
Процесс цифрового деления исходной частоты
на два имеет важную особенность: независимо от
вида (временных соотношений импульсов и пауз)
Е\Ходного импульсного сигнала, в последовательно­
сти, полученной в результате деления, длительнос­
ти импульсов 11 пауз будут равны (см. диаграммы
5 и 6 на рис. 2.8).
Выход Q триггера DD2 подключен к одному из
входов элемента DDЗ, а инверсный выход (-Q) к одному из входов логического элемента DD4.
Двухвходовые элементы DDЗ и DD4 выполняют
функцию логического И. Элементы этого т11па фор­
мируют на выходных выводах сиrnалы высокого
логического уровня в случае, когда все их входы
имеют также высокие уровни. При любой иной
комбинации логических уровней на входах элемен­
та И выход ero будет оставаться низким. Все входы
лоrnческоrо элемента оказывают одинаковое воздей·
ствие на формирование выходного сигнала, то есть
они равноправны. Еслн на один из входов постоян­
но подавать высокий логический уровень, то он ока­
жется разрешающим и не будет воздействовать на
40
Принципиальная схема. ШИМ регулятор
регулируется выходным уровнем усилителя рас­
согласования DАЗ.
В начале описания работы ШИМ преобразовате­
ля упоминалось о так называемом компараторе
«мертвой зоны• (см. диаграммы 1 и 2). Теперь,
когда стал понятен общий механизм работы всей
схемы широтно-имлульсного модулятора, с-ледует
пояснить необходимость его наличия в схемах по­
добного типа.
На элементе D01 производится логическое сло­
жение импульсных сигналов от компараторов DA1
и DA2. Ранее было сделано предположение, что по­
ложительный импульс компаратора DA2 имеет
большую ширину, чем аналогичный выходной им­
пульс от DA1. Однако, если начнется процесс суже­
ния импульса от DA2, то при нулевом уровне сиг­
нала от DA1 в предельном случае на выходе DD1
установится постоянный низкий уровень. Триг­
гер DD2 не сможет проводить коммутацию своих
выходов, а на DDS и DD6 появятся постоянные
противоположные логические уровни. При этом ос­
тановится процесс 1<оммутации транзисторов сило­
вого каскада. Для защиты от возникновения подоб­
ной ситуации предназначен компаратор •мертвой
зоны». При сужении импульса от DA2 наступает та­
кой момент, когда длительность положительного
импульса от DA1 становится определяющей при
сложении сигналов, поступающих на входы DD1.
Положительный импульс на выходе DD1 не может
быть уже выходного импульса компаратора •мерт­
вой зоны». Если проследить поведение цифровой
части схемы в этом случае, то будет видно, что
в результате преобразований на выходах D D5
и DD6 появятся последовательности положитель­
ных импульсов, длительности которых будут со­
впадать с паузами (логическими нулями) на диа­
грамме 2. Пауза же между этими импульсами будет
равна длительности положительных импульсов на
диаграмме 2. Это означает, что узел на компараторе
•мертвой зоны• гарантированно обеспечивает по­
явление в выходных каскадах ШИМ преобразова­
теля последовательностей импульсов с заданными
интервалами пауз между импульсами. Такой меха­
низм действий позволяет увеличить поступление
энергии во вторичную цепь и возобновить процесс
ШИМ регулирования с помощью усилителя DАЗ
и компаратора DA2. Пауза, образованная за счет
наличия источника 100 мВ на входе DAt, позволя­
ет исключить появление сквозных токов в силовых
транзисторах усилителя мощности.
Появлением импульсных сигналов на выходах
элементов DDS и DD6 заканчивается логическая
обработка сигнала рассогласования и формирова­
ние ШИМ последовательностей в преобразователе.
Вид этих последовательностей импульсов останется
и D06, когда оба входных сигнала у каждого из этих
элементов принимают значение низкого уровня.
· Из диаграмм 4, 7 и 8 видно, что на выходах эле­
ментов DDS и DD6 появляются чередующиеся им­
пульсы последовательности диаграммы 4. Рабочи­
ми импульсами на диаграмме 4 будем считать
временные интервалы, границы которых очерчены
спадом и фронтом, то есть начало импульса - это
спад положительного напряжения, а его оконча­
ние - положительный фронт. Один импульс с вы­
хода DD1 поступает на выход элемента DDS,
а входной сигнал на DDб в этот момент блокиро­
ван высоким уровнем, поданным от инвертирую­
щего выхода триггера DD2. Следующий импульс
из последовательности на выходе DD1 появляется
уже на выходе DD6, а в DDS он блокируется высо­
ким уровнем, поступающим от прямого выхода
триггера DD2. На выходе каждого из логических
элементов DDS и DD6 поочередно появляются
импульсы из последовательности, сформирован­
ной на выходе DD1.
На выходах D05 и D06 формируются две по­
следовательности импульсов. Частота следования
импульсов в каждой из них в два раза ниже, чем час­
тота пилообразного напряжения на конденсаторе
С11. Импульсы положительной полярности двух
последовательностей разнесены во времени, то есть
интервалы их действия не пересекаются. Далее каж­
дая последовательность используется для управ­
ления своим транзистором полумостовоrо импульс­
ного усилителя мощности. Достаточно важным
является вопрос корректного формирования им­
пульсных последовательностей для возбуж дения
транзисторной схемы У<:Илителя мощности, поэто­
му необходимо рассмотреть некоторые 1-раничные
случаи работы схемы источника питания и реак­
цию на них элементов микросхемы IC1.
Временное положение импульсов жестко опре­
делено формой пилообразного напряжения. Спа­
ды импульсов в каждой из последовательностей
синхронизированы со спадами линейно нарастаю­
щего напряжения, формируемого генератором
микросхемы. Временное положение спада не изме­
няется. Если рассмотреть диаграмму 3, то можно
отметить, что положение спада импульса, форми­
руемого ШИМ компаратором (см. диа1-рамму 4),
зависит от текущего соотношения значений напря­
жения •пилы• и напряжения рассогласования.
Понижение уровня напряжения рассогласования
на диаграмме 4 вызывает 4Сдвиr• начала импуль­
са влево. Положение фронта этого импульса, то
есть его окончание, жестко определяется момен­
том спада пилообразного напряжения, следова­
тельно, происходит увеличение его длительности.
Частота импульсов не изменяется, а их длительность
41
-
(
с
)
Принципиальная схема. ШИМ регулятор
неизменным до их подачи на силовые элементы
усилителя мощности. Все каскады, установленные
между выходами элементов DD5, DD6 и базовыми
цепями транзисторов усилителя мощности, пред­
назначены только для увеличения энергетических
хара,стеристик импульсов управления и согласова­
ния их уровней.
Внутренние транзисторы VT1 и VT2 микросхе­
мы IC1 используются для первичного усиления
управляющих последовательностей импульсов, ко­
торые подаются на их базы от элементов DD5
и DD6. Выводы этих транзисторов не имеют внут­
ренних подключений к каким-либо нагрузочным
резистивным цепям. Они специально оставлены
свободными для применения транзисторов в раз­
личных вариантах схем включения. На принципи­
альной схеме, приведенной на рис. 2.2, показано,
что каскад ШИМ регулятора имеет трансформа­
торную связь с усилителем мощности. Это тради­
ционный подход к формированию целей согласова­
ния низковольтного, относительно маломощного,
узла управления и силового высоковольтного кас­
када. Непосредственное подключение выходных
транзисторов микросхемы TL494 к трансформатору
согласования используется редко. Обычно применя­
ется каскад промежуточного усиления, построенный
на транзисторах типа 2SC945, аналогичный пред­
ставленному на схеме ( см. рис. 2.2). Каскад пред­
назначен для усиления по уровню и мощности
импульсных сигналов, подаваемых в базовые цепи
транзисторов силового каскада через трансформа­
тор Т2, до уровня, достаточного для запуска полу­
мостового усилителя и коммутации транзисторов
Q9 и Q10.
В импульсных блоках питания транзисторы
2SC945 или их функциональные аналоги применя­
ются очень широко независимо от фирмы-произво­
дителя изделия. Предельные значения основных
технических параметров представленных здесь
транзисторов следующие:
Согласно схеме на рис. 2.2, выводы ICt/9,10,
а соответственно и эмиттеры транзисторов VT1
и VT2 микросхемы TL494, подключены к общему
проводу вторичных напряжений. Выводы IC1/8,11
(или коллекторы выходных транзисторов) соедине­
ны с проводником литания IC1 через резисторы
R13 и R14 соответственно. Такое использование
транзисторов соответствует схеме с общим эммите­
ром и предназначено для работы в ключевом режи­
ме. Транзисторы производят инвертирование сиг­
налов, поступающих от элементов DD5 и DD6.
Нагрузкой для выходных транзисторов микросхе­
мы является двухтактный каскад на транзисторах
Q7 и Q8. Базы транзисторов Q7 и Q8 соединены
с коллекторами VT1 и VT2, смещение на них пода­
но через резисторы R32 и R45. На коллекторе транзистора VT1 сформирована импульсная последова­
тельность, показанная на диаграмме 9 (см. рис. 2.8).
Вид последовательности на коллекторе VT2 пред­
ставлен на диаграмме 10.
Транзисторный каскад на Q7 и Q8 с трансфор­
матором Т 2 в цели нагрузки оптимизирован для
усиления по мощности импульсных сигналов, по­
ступающих от IC1. Эта особенность использования
Q7 и Q8 предъявляет особые требования к выбору
структурного построения целей смещения тран­
зисторов.
Из диаграмм 9 и 10 (см. рис. 2.8), отражающих
вид последовательностей импульсов на базах Q7
и Q8, следует, что существуют временные интерва­
лы, когда на базах обоих транзисторов устанавли­
вается высокий потенциал. В эти промежутки оба
транзистора открыты. Транзисторы закрываются
поочередно. Когда транзистор Q8 закрыт сигналом
низкого уровня, поданным от коллектора VT1,
транзистор Q7 открыт, и наоборот, в момент за­
крывания Q7 транзистор Q8 остается опсрытым.
Эмиттеры транзисторов Q7 и Q8 объединены
и через два последовательно соединенных диода
D16 и D17 подключены к общему проводу вторич­
ной цепи питания. Параллельно диодам D16 и D17
установлен электролитичес1сий конденсатор С20.
Благодаря этому на эмиттерах транзисторов Q7
и Q8 уровень напряжения поддерживается посто­
янным. Значение напряжения на положительной
обкладке С20 составляет +1,6 В. В момент поступ­
ления закрывающего импульса на базу одного из
транзисторов Q7 или Q8, соответствующий тран­
зистор из пары VT1 и VT2 находится в состоянии
насыщения. В момент закрывания на базы этих
транзисторов воздействует напряжение величиной
примерно +0,8 В, следовательно, переход база­
эмиттер имеет обратное смещение с напряжением
примерно -0,8 В. Создаются условия для быстрого
• максимальная мощность рассеивания - 250 мВт;
• напряжение 1соллектор-база - 60 В;
• напряжение коллектор-эмиттер - 50 В;
• напряжение эмиттер-база - 5 В;
• ток коллектора - 100 мА;
• ток базы - 20 мА;
• типовое значение коэффициента усиления
в схеме с общим эмиттером - 185-200;
• типовая емкость перехода коллектор-база - З пФ;
• типовое значение частоты единичного усиле­
ния f, - 250 МГц.
По отечественной классификации они принад­
лежат к семейству транзисторов высокой частоты
и малой мощности.
42
Принципиальная схема. Импульсный усилитель мощности
u.в
и эффективного эакрывания транзистора nроме­
жуточноrо усилителя мощности. Скорость закры­
вания/от1<рывания транзистора определяет дли­
тельность фронта импульса, формируемого в ero
коллекторной цепи. Для тоrо чтобы во время пере­
ключения транзистор находился в активной облас­
ти короткий промежуток времени, длительности
фронта и спада импульса должны быть минималь­
ными, а скорость открывания и закрывания тран­
зистора - максимальной. Вид сигналов, поступаю­
щих на базы транзисторов Q7 и Q8, представлен на
рис. 2.9.
Электропитание транзисторного каскада проме­
жуточного усилителя и микросхемы IC1 осуществ­
ляется от общеrо источника напряжения. В 1<оллек­
торную цепь каждого из транзисторов Q7 и Q8
питание подается через резистор R44, диод D19
и обмотку трансформатора Т2. Диоды, установлен­
ные между коллектором и эмиттером транзисторов
Q7 и Q8, выполняют защитные функции. Они
уменьшают амплитуду паразитных колебаний, воз­
никающих в моменты пере1<Лючения транзисторов
при переходных процессов и обусловленных нали­
чием индуктивной нагрузки (обмотки трансформа­
тора Т2). Диаграмма коллекторного напряжения на
транзисторах Q7 и Q8 изображена на рис. 2.10.
На рис. 2.10 представлена диаграмма напря­
жения на коллекторе одного из транзисторов про­
межуточного усилителя в произвольный момент
времени. Следует учитывать, что на коллекторе
второго транзистора формируются аналогичные по
21---�
о
Рис. 2 11. Фрагмент импульсной последовательноаи
в точке подключения катода 019
к обмотке трансформатора Т2
виду, но сдвинутые по времени, импульсы. Фраг­
мент импульсной последовательности в точке nод­
КJ1ючения катода диода D19 к обмотке трансформа­
тора Т2 показан на рис. 2.11.
На рис. 2.11 условно сплошными линиями выде­
лены контуры импульсов, которые появляются при
коммутации транзистора Q7, а пунктирными - при
переключении транзистора Q8.
Диод D19 установлен для снижения влияния
импульсного сигнала, возникающего в средней точ­
ке первичной обмотки трансформатора Т2 на цепь
питания микросхемы IC1.
2.4.3. Импульсный усилитель
мощности
Каскад усилителя мощности импульсного преобра­
зователя подключен к выпрямителю на диодах
D11 - D14. Выпрямленное напряжение первичной
сети фильтруется комбинированным фильтром, со­
стоящим из дросселя Т и последовательно соеди­
ненных электролитических конденсаторов С5 и Сб.
Параллельно каждому конденсатору фильтра под­
ключены резисторы RЗО и RЗ 1 соответственно.
Включение резисторов не обязательно, поэтому не
все производители источников питания применя­
ют их в своих конструкциях. Резисторы использу­
ются для ускоренного разряда ем1<остей фильтра
при выключении источника питания. Конденсато­
ры С5 и Сб в данном варианте схемы имеют двой­
ное назначение: первое - фильтрация выпрямлен­
ного сетевого напряжения питания и второе работа в составе схемы полумостовоrо усилителя
мощности. Эти конденсаторы вместе с силовыми
транзисторами Q9 и Q10 образуют схему полного
моста, в диагональ которого последовательно с кон­
денсатором С7 в1<Лючена первичная обмотка сило­
вого имnульсноrо трансформатора ТЗ. Общее опи­
сание полумостовоrо усилителя приведено в rлаве 1.
Там же соотношением (1.13) были установлены ми­
нимальные требования к емкости конденсаторов по­
лумостовой схемы. В импульсных источниках для
персональных компьютеров, как правило, применя­
ется схема ВКJ1ючения фильтрующих конденсаторов,
u.в
3
2,41---2
1
о.в-----------------�-------1
'
1
1
о
Рис. 2.9. Диаграмма напряжения
на базах транзиаоров Ql, QB
u.e
50
1
1
1
1
--�--------- --4-------1
1
1
30
1
1
1
21------'
о
Рис. 2.10. Диаграмма напряжения
на коллекторах транзиаоров Ql, QB
43
Принципиальная схема. Импульсный усилитель мощности
Усилительный каскад (см. рис. 2.2) отл.�чается
аналогичная схеме, приведенной_ на рис. 2.2. При
от источников питания, используемых для компь­
таком включении допускается применение конден­
ютеров типа АТ и более ранних моделей. Силовой
саторов С5 и Сб с максимальным рабочим напряже­
каскад в источниках питания АТХ форм-фактора ра­
нием на каждом в 200 В, так как в точке соединения
ботает исКJiючительно под управлением внешних
этих конденсаторов устанавливается напряжение
колебаний, поэтому базовые цепи транзисторов
близкое к U,,12. А совмещение их функций позво­
Q9 и Q10 имеют структуру, обеспечивающую толь­
ляет сэкономить два неполярных конденсатора ем­
ко работу в этом режиме. Здесь нет никаких эле­
костью 0,5-1,0 мкФ и рабочим напряжением не
ментов смещения, предусмотренных для начально­
менее 200 В.
го автоэаnуска.
Параллельно каждому силовому транзистору Q9
Каждая из вторичных сигнальных обмото1< транс­
и Q10 установлен защитный диод D2З и 024 соот­
форматора Т2 подключается к соответствующему
ветственно, устраняющий выбросы напряжения
силовому транзистору между базовой непью пас­
в моменты коммутации транзисторов, а также слу­
сивных элементов и эмиттером этого транзистора.
жащий для создания пути частичного возврата
Включение вторичных обмоток согласующего
энергии, запасенной в силовом импульсном транс­
трансформатора
Т2 выбрано таким образом, чтобы
форматоре, в источник первичного питания. Нали­
обеспечить
подачу
отпирающих импульсов в базо­
чие конденсатора С7 исключает насыщение сер­
вые
цепи
транзисторов
Q9 и Q10 в противофазе.
дечника трансформатора ТЗ при возникновении
Микросхемой
IC1
сформированы
две последова­
асимметрии временных интервалов протекания
тельности,
поступающие
на
двухтактный
усили­
тока через первичную обмотку ТЗ. Конденсатор С7
тельный
каскад
на
транзисторах
Q7
и
Q8.
Во
время
устраняет постоянную составляющую в цикле пе­
коммутации
Q7
и
Q8
во
вторичных
обмотках
ремагничивания сердечника и этим исКJiючает уве­
трансформатора Т2 наводится ЭДС самоиндук­
л11чение токовой нагрузки на одном из силовых
ции. В дальнейшем при обсуждении вопроса о про­
транзистеров. К первичной обмотке трансформато­
хождении сигналов на вторичных обмотках Т2, мы
ра ТЗ подl(Лючена демпфирующая RC цепь на эле­
рассмотрим II форму напряжения в точках подклю­
ментах R48 и С25. Цеr�ь предназначена дл.н гашения
чения этих обмоток к анодам диодов D21 и D22. Во
паразитных высокочастотных колебаний, возни­
время закрывания транзистора Q8 импульс поло­
кающих в моменты переключения транзисторов
жительной полярности появляется на втор11чной
в контуре, образованном межвитковой емкостью
обмотке, подсоединенной к базовой цепи транзис­
первичной обмотки ТЗ и ее индуктивностью рассе­
тора Q9. Соответственно при запирании транзисто­
яния. Конденсатор С25 дополняет общую паразит­
ра Q7 аналогичный сигнал возникает на обмотке,
ную емкость первичной обмотки трансформатора
соединенной с базовой цепью Ql О. Каждый из тран­
ТЗ, что приводит 1< снижению частоты паразитных
зисторов в паре Q7 и Q8 управляет силовым тран­
колебаний и уменьшению их амплитуды. Ввод ре­
зистором. Сигналы управ.пения, то есть импульсы
зистора R48 в колебательный контур снижает его
положительной полярности, разнесены во времени
добротность и способствует ускорению затухания
и разделены паузами - интервалами •мертвая зона•.
колебательного процесса.
Вид импульсных сигналов на вторичных обмотках
Усилитель мощности работает под управлением
трансформатора Т2 и напряжения на базах транзис­
колебаний, сформированных ШИМ регулятором.
торов Q9 и Q10 представлен на рис. 2.12. На том же
рисунке изображены напряжения на коллекторах
С помощью трансформатора Т2 осуществляется со­
Q7 и Q8.
гласование уровней импульсных колебаний его
На диаграмме напр.нжения на рис. 2.12а показан
первичной цепи и входом силового каскада. Вход­
общий вид импульсной последовательности, форми­
ная сигнальная цепь усилителя мощности образо­
руемой на коллекторе транзистора Q8. На рис. 2.12е ·
вана вторичными обмотками трансформатора Т2
представлен вид сигналов на базовой обмотке тран­
и элементами, установленными между этими обмотка­
зистора Q9. Импульсы положительной полярности
ми и базами транзисторов Q9 и Q10. Энергетические
на этой обмот1<е образуются во время закрывания
характеристики импульсных последовательностей
управления и параметры трансформатора выбира­ • транзистора Q8. Форма сигнала непосредственно
на базе транзистора Q9 приведена на диаграмме
ются на основании оценки:
(см. рис. 2.12в). Таким образом, импульсы положи­
• усилительных свойств транзисторов силового
тельной полярности на всех элементах базовой
каскада;
цепи Q9 синфаэны с сигналом на 1<оллекторе тран­
• структуры базовой цепи силового транзистора;
зистора Q8.
• инерционных свойств транзисторов, применен­
Аналогичная картина наблюдается при работе
ных в усилителе мощности.
транзистора Q7 и базовой ttепи с,�ловоrотранзистора
44
Принципиальная схема. Импульсный усилитель мощности
Q10. Сигналы в этих цепях также синфазны. Их вид
показан на диаграммах (см. рис. 2.126 - сигнал на
коллекторе Q7, рис. 2.12r- последовательность на
базе Q10, рис. 2.12д- форма импульсов на базовой
обмотке Q10).
Измерение напряжений на коллекторах Q7 и Q8
проведено относительно общего провода вторич­
ных напряжений. Напряжения на вторичных об­
мотках и базах транзисторов Q9 и Ql0 измерены
относительно эмиттера соответствующего тран­
зистора.
Импульсный сигнал в базовой цепи каждого си­
лового транзистора имеет три уровня и три различ­
ных рабочих интервала. Рассмотрим каждый рабо­
чий интервал на примере транзистора Q9. Можно
предположить, что цикл начинается с фронтом
импульса положительной полярности. Импульсы
воздействуют на переход база-эмиттер, от1<рывая
транзистор и переводя ero в режим насыщения.
В интервале действия положительного уровня на
базе состояние открытого транзистора не изменя­
ется. Затем следует спад положительного импуль­
са, транзистор Q9 переходит в закрытое состояние,
длящеесн до следующего фронта положительного
импульса. В момент спада транзистор закрывается,
начинается временной интервал •мертвой зоны�.>,
в течение которого оба транзистора закрыты. По
окончании �мертвой зоны• на базовую обмотку Q9
воздействует импульс отрицательной полярности,
усиливая эффект запирания. Но в этот же момент
на второй транзистор усилителя - Q10 поступает
положительный импульс, и он от1<рывается. На
базе Q9 отрицательный импульс вновь сменяется
смертвой зоной•, сохраняя ero в режиме отсечки
тока. Следующий фронт импульса положительной
полярности завершает данный цикл и начинает но­
вый. Стадии работы транзистора Q10 полностью
аналогичны, но сдвинуты по времени относительно
описанного процесса. Интервалы •мертвой зоны• по
времени для обоих транзисторов совпадают.
Транзисторы Q9 и Q1О работают в ключевом ре­
жиме. Включаясь поочередно, они попеременно
подключают вывод первичной обмотки ТЗ (точка
соединения эмиттер Q9 - коллектор Q10), то I< по­
ложительному потенциалу источника первичного
напряжения (положительная обкладка конденсато­
ра CS), то к отрицательному (отрицательная об­
кладка конденсатора Сб). При открытом транзис­
торе Q9 через первичную обмотку трансформатора
ТЗ протекает ток по цепи: положительная обкладка
конденсатора CS - переход коллектор-эмиттер
транзистора Q9 - первичная обмотка трансформа­
тора ТЗ - конденсатор С7 - точка соединения кон­
денсаторов CS и С6. В течение этого интервала про­
исходит частичная подзарядI<а конденсатора С6,
разрядка конденсатора CS и перемагничивание сер­
дечника трансформатора ТЗ. В течение <<Мертвой
зоны'> значение заряда на коиденсаторах CS и Сб
практически не меняется, так как постоянная вре­
мени разряда этих конденсаторов через резисто­
ры RЗО и RЗ1 гораздо больше интервала «мерт­
вой зоны�. В течение <<Мертвой зоны• оба силовых
транзистора Q9 и Q10 закрыты. В этот момент их
можно рассматривать, как пару высокоомных со­
противлений, включенных последовательно. Оди­
наковые по величине сопротивления транзисторов
образуют делитель напряжения. Напряжение на
коллекторе Q10 устанавливается на уровне, равном
половине напряжения питания силового каскада;
и сохраняет свое значение в течение всего интерва­
ла •мертвой зоны•. При открывании транзистора
Q10 направление проте1<ания тока через первич­
ную обмотку трансформатора ТЗ изменяется на
противоположное. Цепь протекания то1<а в этом
случае следующая: точка соединения конденсато­
ров CS и Сб- коНденсатор С7 - первичJ{ая обмотI<З
трансформатора ТЗ - переход коллектор-эмиттер
транзистора Q10 - отрицательный лолюс первично­
го источника питания. Конденсатор CS в это время
получает дополнительный заряд, а коНденсатор С6
)
а
"Гh
1
1
1
1
h
--т-,---- I
г) v,B1
о
-0,7
1
О,ок 1
1
1
--+--!----
I
1
1
1
1
1
1
1
----,--r----1
1
1
1
1
1
1
-----1--1-----
----1--1----1
1
1
1
1 1
-2
1
1
1
д) u.в
1
1
-1----1,8
.
о
1
/
1
1
1
1
1
1
- I ----
1
1
1
1
-
1
1
l
1
1
1
----- 1--t-
1
1
1
1 - .----1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
I
1
1
I
1
-1,8 -- - ----L-�---- - -----L--�-
е u.в
)
1,8
о
I
1
I
1
1
1
1
1
1
____ L_.1 ___ _
1
1
1
1
1
1
1
I
1
1
1
_____ L_.l_
1
1
1
1
Рис. 2.12. Вид импульсных сигналов
в цепях силовых транзисторов Q9 и QIO
45
1
1
t
Принципиальная схема. Импульсный усилитель мощности
Напряжение на переходе база-эмиттер принимает
небольшое отрицательное значение. Диод D21
с момента наступления интервала •мертвой зоны•
имеет обратное смещение, что позволяет сохранять
напряжение на конденсаторе С21 неизменным
в течение всего интервала. Наличие этого элемента
имеет существенное значение для работы всей схе­
мы. При отсутствии диода происход11л бы посте­
пенный перезаряд емкости конденсатора С21, и ба­
зовый потенциал транзистора Q9 постепенно
приближался бы к потенциалу его эмиттера, снижая
степень его •закрытости». На диаграмме, приведен­
ной на рис. 2.12в (а также на рис. 2.12r), интервал
•мертвой зоны• отмечен прямой неспадающей ли­
нией с уровнем примерно -0,7 В. При возникнове­
нии на базовой обмотке импульса отрицательной
полярности, соответствующего оТТ<рыванию тран­
зистора Q10, усиливается степень закрывания
транзистора Q9, надежно поддерживая его в этом
состоянии, в то время как транзистор Q10 открыт
и находится в проводящем состоянии. После отри­
цательного импульса на переход база-эмиттер тран­
зистора Q9 вновь воздействует сигнал паузы,
и транзистор Q9 сохраняет закрытое состояние.
А для транзистора Q10 наступает время первично­
го выхода из проводящего состояния. Завершение
второго интервала •мертвой зоны• для Q9 насту­
пает с приходом нового фронта импульса положи­
тельной полярности. Рабочий никл для Q9 вновь
начинается с ускоренного открывания этого тран­
зистора током, протекающим через конденсатор
С21. На базовую цепь транзистора Q10 поступает
отрицательный импульс напряжения и, благодаря
действию конденсатора С22 11 диода D22, в этот
промежуток времени он находится в закрытом со­
стоянии.
После пояснений работы элементов базовых це­
пей силовых транзисторов становится понятно, по­
чему конденсаторы С21 и С22 являются ускоряю­
щими или форсирующими процесс переключения
транзисторов полумостового усилителя из состоя­
ния отсечки в проводящее и обратно. Наличие ди­
одов D21 и D22 влияет на поддержание закрываю­
щего потенциала на базах Q9 и Q10 в течение
интервалов •мертвой зоны• и действия импульсов
отрицательной полярности.
В завершение описания работы силового каска­
да приведем диаграммы напряжений в точке соеди­
нения эмиттера Q9 и коллектора Q10. На рис. 2.13
представлены три диаграммы, показывающие пове­
дение силового каскада в целом при изменении
уровня наrрузки во вторичных каналах.
На рис. 2.1За показана форма напряжения на
коллекторе транзистора Q10 при полном отсут­
ств1tи нагрузки во вторичных цепях, подключае­
мой через разъемные соединители блока питания.
частично разряжается. Во время открывания тран­
з11стор;� Q10 перемагничивание сердечиика ТЗ про­
исходит в направлен11и, обратном предыдущему.
Если баланс циклов открывания и закрывания тран­
зисторов Q9 и Qt0 соблюдается, то перемагничива­
ние сердечника происходит симметрично. Напря­
жение в точке соединения С5 и Сб в этих условиях
сохраняется постояниым на уровне, равном поло­
вине напряжения питания.
При проектировании источника питания и рас­
чете элементов базовой цепи силового транзистора
основное внимание уделяется обеспечению макси­
мальной скорости его переключения. Чем короче
этап переключения, тем меньше выделяется тепло­
вой энергии и выше общий КПД импульсного пре­
образователя напряжения. Для ускорения процес­
са переключения в базовую цепь транзистора Q9
включена цепочка: конденсатор С21 - диод D21 резистор RЗб. Аналогичная последовательность из
элементов С22, D22 и R37 имеется в базовой цепи
транзистора Qt0. Так как базовые цепи у обоих
транзисторов абсолютно идентичны и процессы,
протекающие в них, те же, то объяснение работы
этой цепочки будет рассмотрено на примере ее вза­
имодействия с транзистором Q9. Таким образом,
все, что сказано для базовой цепи транзистора Q9,
будет справедливо и для аналогичных элементов,
подключенных к транзистору Q10. Естественно,
что при сопоставлении процессов, протекающих
в транзисторах Q9 и Q10, нужно учитывать времен­
ной сдвиг.
В начальный момент возникновения положи­
тельного напряжения на обмотке, подключенной
к базовой цепи транзистора Q9 (положительная об­
кладка конденсатора С21), конденсатор С21 разря­
жен и представляет собой коротко зам1<нутую цепь.
По цепи: конденсатор С21 - резистор R40, переход
база-эмиттер транзистора Q9 - начинает протекать
максимально возможный ток. Такой скачок тока
позволяет произвести резкое открывание транзис­
тора Q9. По мере зарядки конденсатора С21 проис­
ходит падение уровня тока, протекающего через
него в базу транзистора Q9. Когда конденсатор С21
полностью зарядится, ток, поступающий через
него, снизится до нуля. Напряжение на обкладках
конденсатора определяется падением напряжения
на диоде D21 и резисторе RЗб, через которые про­
текает ток базы транзистора Q9, поддерживающий
его в открытом состоянии после зарЯдки конденса­
тора С21. По окончании положительного импуль­
са в обмотке трансформатора Т2 и начала •мертвой
зоны• резко, благодаря заряженному конденсатору
С21, меняется полярность напряжения, приложен­
ного к переходу база-эммитер транзистора Q9. Это
приводит к ускоренному закрыванию транзистора
Q9 и рассасыванию избыточных носителей в базе.
46
Принципиальная схема. Вторичные цепи источника питания
300
о
=
6)
----
"-'�
100
ю
о
:;;,
сJ
r
1
Рис. 2.13. Диаграммы напряжения на силовых транзисторах при различных уровнях нагрузки
...
Источник питания, выполненный по принципиаль­
ной схеме, соответствующей рис. 2.2, может запус­
каться без ограничения нижнего предела величины
нагрузки. Выходы вторичных каналов под1<люче­
ны к внутренним цепям защиты источника пита­
ния, которые и в данном случае составляют един­
ственные нагрузочные элементы. Без подключения
потребителей энергии к выходам вторичных кана­
лов напряжений общее сопротивление нагрузки,
приведенное к первичной обмотке трансформатора
ТЗ, имеет достаточно большую величину. Поэтому
на рис. 2.13а только моменты переключения тран­
зисторов силового каскада имеют короткую про­
должительность - крутые фронты и резкие спады.
Крутой фронт импульса от напряжения 200 В до
уровня 300 В и хара1<Терный спад напряжения до
200 В соответствует времени включенного состоя­
ния транзистора Q9. Интервал времени от крутого
спада напряжения с уровня 100 В практически до
нуля и постепенное повышение напряжения до
100 В составляет время нахождения в проводящем
состоянии транзистора Q10. Промежуточные ин­
тервалы спадающего и возрастающего напряжения
между активными состояниями силовых транзис­
торов - это •мертвые зоны�. Если в реальных усло­
виях наблюдать форму импульсов напряжения на
коллекторах транзисторов Q9 и Q10, то на осцил­
лографе можно будет увидеть лишь очень тонкие
импульсы, больше похожие на выбросы. Это объяс­
няется малым потреблением энергии вторичными
цепями источника питания, поэтому сигнал рас­
согласования, формируемый в IC1, имеет слишком
малое отклонение от уровня эталонного опор­
ного напряжения. В результате IC1 формирует
очень узкие импульсы управления для возбужде­
ния каскада усилителя мощности. Импульсы по­
ложительной полярности малой длительности
подают в базовую цепь силового транзистора до­
статочно энергии для начального толчка, необхо­
димого для быстрого открывания транзистора. Но
энергетического запаса недостаточно для его ускорен­
ного и глубокого запирания, поэтому на диаграмме
наблюдаются пологие спады в сигнале при закры­
вании транзисторов.
Влияние возрастания величины коммутируемого
тока на форму напряжения в данной контрольной
точке проявляется уже при подключении к выходу
вторичного канала +5 В активной нагрузки, потреб­
ляющей ток 0,8 А (см. диаграмму на рис. 2.136).
Форма импульсов напряжения стала траnецевид­
ной, и увеличилось время открытого состояния
транзисторов Q9 и Q10. Импульсы управления
транзисторами Q9 и Q10, поступающие от каскада
промежуточного усиления, имеют большую энерге­
тическую насыщенность, однако в течение •мерт­
вой зоны� еще наблюдаются участки плавного из­
менения уровня напряжения, свидетельствующие
о сравнительно медленном закрывании силовых
транзисторов.
ПрактичесI<И прямоугольная форма напряжения
на транзисторах силового каскада приведена на
рис. 2.1Зв. Такую форму приобретает этот сигнал
при уровне нагрузки по каналу +5 В и ::::3 А. На
этой диаграмме четко выражены фазы каждого эта­
па работы силовых транзисторов. Крутые фронты
и спады импульсов, а также горизонтальный уро·
вень напряжения в течение 4Мертвой зоны• свиде­
тельствуют о том, что источник питания вошел
в рабочий режим. Переходные процессы переI<Лю­
чения транзисторов занимают сопоставимо малое
время относительно интервалов нахождения тран·
зисторов в каждой из активных фаз коммутацион­
ного процесса.
2.4.4. Вторичные цепи
источника питания
Способы конкретной реализации выходных цепей
в источни1<ах питания различных фирм-произво­
дителей могут различаться. В данном разделе на
примере принципиальной схемы (см.рис. 2.2) будет
рассмотрена структура выходных каскадов, кото­
рую можно рассматривать в качестве основной.
47
Принципиальная схема. Вторичные цепи источника питания
Также будет показан и альтернативный способ их
построения.
Вторичные цепи источника питания - это касf<а­
ды, выходы которых непосредственно подключают­
СJI к устройствам потребите-ля, то есть к 1-1аrрузке.
Источником энергии, подаваемой во вторичные
цепи, является силовой каскад и,-шульсноrо преоб­
разователя. Благодаря действию магнитного пото­
ка, возбуждаемого переменным током первичной
обмотки трансформатора ТЗ, во вторичных обмот­
ках ТЗ наводится ЭДС самоиндукции. Форма
ЭДС на вторичной обмотке имеет вид, аналогич­
ный трехуровневому сигналу на коллекторе Q10
(см. рис.2.13). На принципиальной схеме (см.рис. 2.2)
выводы вторичных обмоток трансформатора ТЗ
имеют нумерацию от 1 до 5. Средний вывод вто­
ричной обмотки (точка 3) подсоединен к общему
проводу вторичной цепи. Для однозначного под­
ключения начала обмоток трансформатора на ри­
сунке обозначены точками. Количества витков
в парных обмотках 2-3 и 3-4, а та1<же 2-1 и 4-5
равны. Таким образом, относительно средней точ­
ки существует симмстр�1я вторичных обмоток.
Форма перемt'нноrо сигнала на обмот1<ах 3-2 и 3-4
представлена на рис. 2.14.
В данном случае любая из диаграмм отображает
форму напряжений на обеих обмотках, потому что
они одинаковы и только сдвинуты во времени.
Подключения обмоток 3-2 и 3-4 относительно
средней точки противоположны.Противоположны
по фазе и сигналы на них. Пусть верхняя диаграм­
ма соответствует напряжению на выводе 2 транс­
форматора ТЗ, снятого относительно общего прово­
да вторичной цепи - вывода 3. Тогда на нижней
диаграмме представлен вид напряжения на выводе 4,
снятого также относительно вывода 3 (временной
интервал один и тот же). На каждой диаграмме
любое отклонение напряжения от нулевого значе­
ния (положительное или отрицательное) соответ­
ствует времени нахождения одного 11з силовых
транзисторов в активном, то есть открытом состоя­
нии. Временные интервалы, в течение которых на
выводах обмоток действуют импульсные сиr·нilЛы,
на рис. 2.14 обозначены кЗI< t•. Паузы в активной
работе силовых транзисторов преобразователя,
предшествующие каждому импульсу и следующие
за ним промежутки �мертвых зон1>, обозначены на
рис. 2.14 как t11• Уровень напряжения в этот проме­
жуток времени имеет нулевое значение. Представ­
ленные диаграммы качественно отражают картину
процесса формирования напряжения на выводах
вторичных обмоток трансформатора ТЗ. Времен­
нь1е параметры всех составляющих сигнала пол•
нос-rью зависят от подключенной нагрузки.
Электропитание всех видов нагрузки, подключа­
емой к вторичным каналам, осуществляется посто­
янным напряжением с заданным уровнем стабиль·
ности. Элементы вторичноn цепи предназначены
для преобразования входного импульсного напря­
жения в постоянное, его фильтрации и, по �,ере не­
обходимости, дополнительной стабилизации не­
посредственно во вторичных каскадах.
Элементы вторичного тракта должны выбирать­
ся и устанавливаться с учетом конструктивны>
особенностей конкретного устройства. Главным�­
из них можно считать сдедующие:
• источником вторичных напряжений може,
служить импульсный преобразователь, форми·
рующий сигналы частотой до 70 кГц;
• ток потребления по основным вторичным кана
лам может превышать 20 А;
• основ�ая регулировка выходного напряженю
производится воздействием на силовую цеп•
преобразователя с помощью контроля уровн:
напряжения только основных каналов;
• стабильность выходных напряжений должн:
поддерживаться на заданном уровне во все�
диапазоне изменения нагрузки, соответствую
щем нормам технических характеристиt<;
• вторичные напряжения имеют абсолютны
значения напряжения, не превышающие 12 Е
u
С учетом максимальной нагрузки источника пи
тания средний ток, протекающий через первичну1
обмотку трансформатора ТЗ, имеет величину ==0,91
Токи же во вторичных цепях, особенно у канало
+5 В и +З,З В, составляют десятки ампер. Сама
большая то1<овая нагруз1<а ложится на канал,
с относительно небольшими выходными напряжt
ниями. В такой ситуации использование в этих ю
налах обычных схем двухполупериодных выпрям�,
телей с четырьмя мощными кремниевыми диодам
привело бы к существенному снижению общеr
КПД преобразователя. Это было бы особенно заме­
но при повышении токовой нагрузки. В данном ел:
чае используется преимущество высокочастотнь.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
u
о '--+--+---+--+----+----+--+•-t
tu
tn
tu
tn
Рис. 2.14. Форма сигнала на вторичных обмотках 3-2
и 3-4 трансформатора ТЗ
48
Принципиальная схема. Вторичные цепи источника питания
тра11сформаторов, магнитопроводы которых имеют
высокое значение магнитной проницаемости. Значе­
ние количества витков обмотки высокочастотного
импульсного трансформатора на 1 В напряжения
в трансформаторах пря�10 пропорционально часто­
те преобразования и маr11итной проницаемости ма­
териала сердечника . В нашем случае импульсный
силовой трансформатор имеет несколько витков на
1 В. Изготовители источников питания предпочи­
тают создавать выпрямители для вторичных кана­
лов на основе схемы с двумя nолуобмотками
и общей средней точкой. Для выпрямления напря­
жения каждого канала 11рименяются по два диода,
подключаемых к выводам полуобмоток. Количество
витков вторичной обмотки при этом увеличивается
незначительно, но повышается КПД. Нагрузка
к вторичным ·обмоткам подключается симметрич­
но относительно средней точки. При таком вклю­
чении обеспечивается равномерность распределе­
ния токовой нагрузки на оба транзистора силового
каскада. Транзисторы Q9 и Q10 работают в сбалан­
с11рованном режиме, что благоприятно сказывает­
ся и на условиях функционирования трансфор­
матора ТЗ.
Для выпрямителя канала +5 В используется
сборка с двумя диодами Шотт1ш типа D83-004.
Аноды диодов сборки подсоединяются к вы1:1одам
2 и 4 трансформатора ТЗ. Катоды диодов сборк}'f со­
единены между собой и подключаютсн к дросселю
фильтра. Включение вторичной обмотки произво­
дится так, что на выводе 2 напряжение изменяется
синфазно с колебаниями на коллекторе Qt0, на
выводе 4 фаза на11ряжения обратная. Во время фор­
мирования импульса положительной полярности
в течение открытого состояния Q9, открывается
диод, подключенный к выводу 2. Диод, соединен­
ный с выводом 4, в это время находится под воздей­
ствием отрицательного импульса и смещен в обрат­
ном направлении. Ток через него не протекает.
В течение •мертвой зоны� на всех диодах выпря­
мительной схемы независимо от принадлежности
к каналу установлено нулевое входное напрнжение.
Подпитки нагрузочной цепи в этот момент не про­
исходит. Временной интервал открытого состояния
транзистора Q10 совпадает с возникновением на
выводе 4 импульса положительной полярности
и переводом в проводящее состояние диода, под­
ключенного к этому выводу. На второй диод этой
сбор1ш подается обратное смещение импульсом от­
рицательной полярности. Энергия в цепь нагрузки
поступает равномерно при включении любого из
силовых транзисторов. Равномерное поступление
импульсных сигналов позволяет применять комби­
нированный фильтр со сравнительно небольшими
значениями индуктивности и емкости. Сравни­
тельный анализ номиналов этих элементов может
7-717
быть проведен в сопоставлении с требованиями
1< параметрам аналогичных цепей для обычного
трансформаторного источника с питанием от пере­
менного напряжения с частотой 50 Гц.
В течение действ11я импульсов напряжения на
выводах вторичных обмоток ток протекает то через
один диод выпрямителя, то через другой. В эти мо­
ме11ты происходит подзарядка емкостей фильтров
и накопление энергии в дросселях. В соответствии
с законом коммутации ток, проходя через индук­
тивный элемент, не может изменяться мгновенно.
В течение пауз энергия, накопленная в дросселе,
подается в нагрузку, поддерживая номинальный
уровень тока и обеспечивая равномерность его по­
ступления.
Необходимость применения диодов 1Uоттки
в цепях с наибольшим токовым потреблением дик­
туется их преимуществами перед кремниевыми.
Ис11ользование диодов Шоттки предпочтительнее
прежде всего с энергетической точки зрения, а также
из-за их скоростных возможностей в режиме пере­
ключения. Оба фактора одинаково существенны.
Первый заключается в меньшем падении напряже­
ния при прямом смещении диода. У диодов Шот­
тки прямое падение напряжения составляет ==0,6 В.
Эта величина оказывается существенной, так как
тот же параметр у мощных кремниевых диодов ра­
вен 1-1,2 В и более в зависимости от уровня проте­
кающего тока. Использование кремниевых диодов
в выпрямителе канала +5 В привело бы к дополни­
тельной потере 20% энергии только в этой непи.
Второй фактор важен потому, что для цепей
выпрямления импульсных сигналов необходимо
nолбирать диоды, соответствующие не только тре­
бованиям по максимальному значению обратного
напряжения и прямого тока, но и по времени восста­
новления обратного сопротивления. То есть диоды
должны быть особыми, точнее, безинерционными.
Когда нагрузка источника питания приближается
к максимальной, длительность импульсных сигна­
лов увеличивается, в то же время интервал •мерт­
вой зоны• сокращается. Время переключения дио­
дов вторичного выпрямителя из проводящего
состояния в закрытое и обратно также уменьшает­
ся. Длительность фронта и спада входного им­
пульса составляет десятые доли микросекунды.
В предельном случае импульсы изменяющейсн по­
лярности следуют друг за другом. Выпрямительные
диоды в течение смены полярности импульса (д,ли­
тельности фроtПа),должны полностью восстановить
свои свойства. То есть время восстановления сопро­
тивления диода не должно превышать О, 1-0,2 мкс.
Если свойства диодов не отвечают этим требовани­
ям, то в короткие промежутки времени, когда про­
исходит переключение силовых транзисторов уси­
лителя мощности, выпрямитель будет представлять
49
Принципиальная схема. Вторичные цепи источника питания
выводов 2, 4 подобной цепочки не предусмотрено.
Объясняется это тем, что в каналах +12 В и -12 В
применены кремниевые диоды, скоростные хара1<­
теристики которых уступают диодам Шоттки вы­
прямителей каналов+5 В и +З,З В. Время восстанов­
ления их обратного сопротивления сопоставимо
с длительностью фронтов импульсов. Для увеличе­
ния длительности фронта и спада импульса и ис­
пользуется эта пропорционально интегрирующая
це11ь. С ее помощью происходит сзатяжка• фронтс:1
для того, чтобы nыпрямительные k.рсм1111евые д1юды
успели переключиться, и соответственно снижает­
ся нагрузка на силовые диоды в моменты их пере­
ключения.
В каждом из вторичных каналами применена
практичесrш одинаковая схема фильтра1111и вы­
прямленного напряжения. Все канальные фильтры
содержат емкости и индуктивности. Фильтр кана­
ла +5 В - двухзвенный, включает в себя Г- и П-об­
разные фильтры. Фильтры остальных каналов однозвенные, Г-образные.
Потребление энергии 1<аналами -12 В и +12 В
может знач11тельно отличаться. Однако их выпря­
мительные элементы подключены 1< одноименным
выводам трансформатора ТЗ. К цепи обратной свя­
зи ШИМ регулятора подсоединен только выход 1<а­
нала +12 В. Уровень поступления энергии во вто­
ричную цепь определяется мощностью нагрузки
в 1<анале +12 В. Для гашения избыточного напря­
жения в канале -12 В перед первым дросселем
фильтра установлен дополнительный диuд D30.
Таким образом уравниваются уровни напряжений по
каналам с абсолютным значением напряжения 12 В.
К выводу 5 обмоп<и трансформатора ТЗ подклю·
чен диод D25. Катод диода соединен с цепью пита­
ния микросхемы IC1. Логика построения системы
питания ШИМ преобразователя состоит в том,
что в начальный момент подJ<Лючения источника
питания к nерви•11:1ой сети происходит запуск авто­
генератора на транзисторе QЗ. На микросхему по­
ступает выпрямленное напряжение от диода D9
Сглаживается это напряжение конденсатором С24
Подача электропитания по данной цепи продолжа­
ется до тех пор, пока не произойдет возбуждениt
микросхемы IC1, усилителя мощности импульсно
го преобразователя и на вторичной обмотке ТЗ Ht
nоявятсн 1tмnульсные колебания. Импульсы поло
жительной полярности открывают диод D25. Кон
денсатор С24 заряжается практически до их ам
nлитудноrо значения. С этого момента уровею
напряжения на С25 превышает амплитуду имлуль
сов, подаваемых от автогенератора через D9. Дио.
D9 во время нормальной работы усилителя мощно
ст1t находится в состоянии обратного смещеню
и энергия в цепь питания IC1 поступает только о
собой проводящую цепь, замь11<ающую вторичную
обмотку. В момент пере1<лючения один диод должен
выйти из проводящего состояния, а второй - вклю­
читься. Пусть время восстановления обратного со­
противления первого диода больше длительности
фронта импульса, тогда существует время, когда
первый еще не полностью закрывается, а второй
под действием прямого напряжения начинает от­
крываться. Нагрузка на от1<рытый транзистор пре­
образователя возрастет, и появится всnдес1< тока.
На фронте импульса возникнут помеховые высоко­
частотные выбросы. Сидовой транзистор будет на­
ходиться в форсированном режиме до восстанов­
ления первым диодом обратного сопротивления.
Таким образом, из-за возможного длительного пере­
ключения выпрямительных диодов транзисторы
преобразователя начинают работать в режиме ком­
мутации увеличенного тока и возникают дополни­
тельные высокочастотные помехи. Первое явление
приводит 1< перегреву сидовых транзисторов, вто­
рое - к необходимости дополнительной фильтра­
ции ,�фронтальных• помех. Избежать этих явле­
ний можно двумя способами: применением мощных
высокочастотных диодов и схемотехническими
приемами.
Диоды Шоттки обладают относительно малым
(менее 0,1 мкс) временем восстановления обратно­
го сопротивления, поэтому применение сборок на
их основе оправдано и с точки зрения выпрямления
импульсных сигналов.
В схеме источника литания фирмы ОТК сбор­
ка с диодами Шоттки применена и в J<анале вылря·
мителя +З,З В. Тип сборки, установленной здесь,
имеет обозначение F1 ОРО48.
Согласно принцклиальной схеме рис. 2.2, к вы­
водам 2 и 4 подключены дискретные выпрямитель­
ные диоды канала -5 В и две диодные сборки для
каналов +5 В и +З,З В. Сборк1t на основе диодов
Шоттки предназначены для работы в целях с вы­
соким лотреблен1tем тока, в выпрямителе канала
-5 В установлены обычные кремниевые диоды
типа FR102.
Выпрямительные элементы, подключенные к вы­
водам 1 и 5 трансформатора ТЗ, используются для
формироваюtя напряжений в каналах+12 В и -12 В.
Выпрямитель+12 В собран на основе сборки крем­
ниевьrх диодов типа СТХ 128. К выводам трансфор­
матора сборка nодсоедиияется анодами диодов.
Выпрямитель канала -12 В собран на основе двух
диодов типа FR102, присоединенных к трансфор­
матору своими катодами.
В подключен1tи выпрямительных элементов
к выводам 1, 5 и 2, 4 есть много общего, но в то же
время есть и различие: параллельно выводам 1-5
включена RC цепь на элементах R56, С27, а для
50
Принципиальная схема. Вторичные цепи источника питания
входной ток по опорному эле1ароду - 10 мА. Типо­
вое напряжение на опорном электроде - 2,495 В,
при входном токе 1,8 мкА.
Схема включения стабилизатора TL431, поясня­
ющая принцип его работы, приведена на рис. 2.16.
Наименование точеt< подключения в схеме источ­
ника питания фирмы DTK на рис. 2.16 указано
в скобках.
Схема включения справедлива для случая, когда
напряжение U" больше уровня U" В простейшем
случае включения стабилизатора TL431 использу­
ются токозадающий резистор R1 и резистивный
делитель на R2, RЗ, определяющий уровень стаби­
лизированного напряжения на t<атоде прибора.
Значение выходного напряжения U,., зависит от но­
миналов резисторов, подключенных к входу опор­
ного напряжения, и определяется из соотношения:
вторичной обмот1ш трансформатора ТЗ. Автогене­
ратор продолжает работать, но эффеюивно запиты­
вает только 1<анал дежурного режима компьютера.
В построении схемы стабилизации напряжения
в канале +3,3 В тоже есть особенность: помимо
фильтра на пассивных gЛементах здесь использует­
ся параметрический стабилизатор, в состав которо­
го входят диод D31, транзистор Q11, управляемый
стабилизатор ZIC1 и группа элементов, устанавли­
вающих режимы работы активных компонентов.
Это можно объяснить следующим образом: вы­
прямительные диоды сборки SBDЗ под1<лючены
к выводам 2 и 4 трансформатора ТЗ, то есть к тем
же выводам, что и выпрямитель канала +5 В. По­
ступление энергии на эти выводы регулируется
обратной связью, следящей только за состоянием
канала +5 В. Без дополнительной регулиров1<И
уровни напряжений в каналах +5 и +3,3 В были бы
пра1<Тически одинаковыми.
Стабилизатор ZIC1 выполнен в корпусе с тремя
вывода'-fи. Тип 1<орпуса - ТО92, аналогичен плас­
тиt<овому корпусу отечественного транзистора
КТЗ107. Тип стабилизатора - TL431C. Напряже­
ние стабилизации устанавливается внешним рези­
стивным делителем и выбирается произвольно из
диапазона 2,5-36,0 В. Погрешность напряжения
стабилизации составляет 1-2%. Индекс С после
наименования прибора указывает на температур­
ный диапазон использования стабилизатора, кото­
рый ограничен пределами О- 70 •с. Стабилизатор
имеет три электрода, обозначения которых, согласно
схеме рис. 2.2, приведены в с1<обках: анод (GND),
катод (VO), вход опорного напряжения (VI). Рас­
положение электродов в пластиковом корпусе по­
казано на рис. 2.15.
Максимальное напряжение на катоде может со­
ставлять 37 В, то1< катода - от -100 до 150 мА. От­
рицательное значение тока приведено для случая
прямого включения стабилизатора. Максимальный
11•
(2.2)
Резистивный делитель напряжения, определяю­
щий уровень выходного напряжения стабилизато­
ра TL431, на схеме, приведенной на рис. 2.2, состав­
лен из сопротивлений R51, R49 и RS0. При
номиналах резисторов, указанных на принципи­
альной схеме рис. 2.2, уровень напряжения на като­
де стабилизатора ZIC1, эле1<трод VO, составляет
�2,8 В. Напряжение на базе транзистора Q11 име­
ет примерно такое же значение.
Анод нижнего по схеме диода сборки SBDЗ со­
единен с выводом трансформатора через развязы­
вающий дроссель Lб. К аноду выпрямительного ди­
ода подключен катод диода DЗ1, анод которого
соединен с коллектором транзистора Q11 и с одной
из обкладок ко1;денсатора С28. Конденсатор С28 керамический, рассчитанный на максимальное ра­
бочее напряжение 100 В. С помощью элементов
стабилизатора организована следящая связь за
уровнем напряжения на выходе канала +3,3 В.
Цепь, состоящая из резистора R55, транзистора
Q11 и диода DЗI, шунтирует нижний выпрями­
тельный диод сборки SBDЗ и дроссель фильтра
этого канала. Импульсами отрицательной полярно­
сти, появляющимися на выводе 4 трансформатора
ТЗ, открывается диод DЗ 1 и через него заряжается
I<Онденсатор С28. Напряжение на базе транзистора
Q11 фиксировано. Выходное напряжение канала
+3.3 В изменяется в некоторых пределах. Увеличе­
ние положительного напряжения на выходе этого
канала передается на эмиттер транзистора Q11
и приводит к открыванию данного транзистора.
При этом выходная uепь канала через резистор R55
подключается I< источнику отрицательного напряже­
ния, образованного диодом DЗ 1 и конденсатором
С28. Происходит частичный разряд конденсатора
СЗ4, и выходное напряжение снова снижается до
Рис. 2.15 Расположение электродов
стабилизатора ТL431 в корпусе ТО92 (вид сверху)
U!'ж
Ucm (VO)
R1
Uon (VI)
R2
TL431
R3
Общuu
npot,09 (GND)
Рис. 2.16. Схема включения стабилизатора ТL431
51
-------------------------
Принципиальная схема. Вторичные цепи иаочника питания
уровня за1<рывания транзистора Ql 1. Ма�ссималь­
ное рабочее напряжение 1со1щенсатора С28 не слу­
чайно выбрано та1<им большим. На 1сонденсатор
поступают импульсы, амплитуда которых может
превышать 30 В. Заряд конденсатора С34 может
достигать амплитудного значения импульсов, ре­
альный же уровень напряжения на нем будет опре­
деляться общими рабочими условиями источн11ка
m�тания, зав11сящим11 от поведеп11я нагрузки.
Для того чтобы в отсутствие на1·руз1сн rюнленса­
торы фильтров вторичных каналов не заряжались
до амплитудных значений импульсного напряже­
ния, параллельно им установлены балансные рези­
сторы. Резисторы обеспеч11вают постоянный час­
тичный разряд выходных ем1<остей в течение всего
цикла работы источника 11 быстрый полный разряд
после ero отключения от питающей сети.
После1tним 11 достаточно важным элементом, ра­
боту которого следует рассмотреть, следует считать
дроссель групповой связи L5. Обмотк11 дросселя
выполнены на одном сердечн11кс. В каждом втор11ч­
ном канале сразу после диодных выпрямительных
элементов включено по одной обмотке дросселя.
Направление намотки од1111аково, обмотки синфаз1:1ь1. Каждая канальная обмотка дросселя - это со­
ставная часть общей цеп11 фильтрании импульсно­
го напряжения, поступающего от выпрямителей.
Обмотки дросселя L5 во всех каналах, кроме цепи
фильтра +3,3 В, являются дополнением r< 1<анаJ1ь­
ным индуктивностям Ll - L4. В канале напряже­
ния +3,3 В обмотка дросселя L5 - единственный
индуктивный элемент сrлаживающеrо фильтра.
Вторичные каналы не имеют дополнительных
стабилизаторов, �<роме установленных в цепи+3,З В.
ШИМ регулировки осуществляются по сигналам
резиспtвных датчиков, подключенных 1< выхолам
каналов +5 В и +12 В. За состоянием остальных
вторичных каналов слежение производ11тся косвен­
ным образом. Оно основано на влиянии токов, про­
текающих в цепях побочных каналов, на уровень
общего маrн11тноrо потока, возбуждаемого в маrни­
топроводе дросселя 1�5. Благодаря единому мап1и­
топроводу между канальными обмотками дросселя
L5 существует магнитная связь. Вза11модейстnие
обмоток через сердечник оказывает эффект, подоб­
ный работе трансформатора. Через обмот1<И про­
текают лульс11рующне тою1, действне кажлоrо вызы­
вает возникновение ЭДС самоиндукции в остальных.
Токи, протекающие по обмот1<ам дросселя L5, име­
ют противоположное направление для каналов
с положительными и отрицательными напряжени­
ям11. Результнрующая ЭДС вза�1мо11ндукц11и будет
менять значение в зависимости от распределения
нагрузки по каналам. Если в результате произволь­
ного внешнего воздейств11я произойдет увеличение
52
то1<овой наrруз1<и только в канале отр1щательноrо
напряжения, это вызовет соответствующее увеличе­
ние пото1<а магнитной индукц,ш. Потоки положи­
тельных каналов, подключенных к цепи обратной
сяязи, возбуждают магнитный пото1< противопо­
ложной направленности. Ве;шч11на потока пр11 по­
стоянной наrруже остается неизменной. Магнитный
же пото1< от 1<а11ала с отрнцательным напряжением
будет возбуждать противо ЭДС в обмот1<ах фильт­
ра напряжений +5 В и +12 В. Произойдет некото­
рое снижение уровня напряжею1я в эт11х кашч1ах.
Сигнал о понижении номинального выходного
уровня через резисторы R46 11 R47 постуn11т на
вход усилюеля рассогласования м1нсросхемы IC1.
ШИМ регулятор отработает это воздействие уве­
личением ширины рабочей области импульсов,
возбуждающих усилитель мощности. Произойдет
увеличение эн�рr1111, поступающей в цепи вто­
ричных каналов. Уровни напряжений в 11аиболее
нагруженных каналах повысятся до номинально­
го значения. Аналогичный процесс происходит
при резком уменьше1:11ш нагрузки. В результате
будет ограничена подача энерr!ш во вторичные
каскады, 11 система снова придет в состояние рав­
новесия.
Кроме организации вторичных цепей по схеме,
представленной на рис. 2.2, могут быть 11 другие
варианты. Отдельные фирмы-изготовители пред­
лагают свои ре111ення в схемах фильтрации и стаби­
лизации вторичных налряжею,й. Один из вариан­
тов таr<их схем приводится на рис. 2.17.
В данной схеме (рис 2.17) в выпрям11тельноj:
схеме канала+12 В использованы особые сбор1<И н,
основе 11иодов Шоттюt, а также дополнительны<
интегральные стаб11л11заторы. К выходу 1<а11ала+12 f
подключен и вентилятор. Позиционные обозначе
11ия элементов этого фраrмснта условные и относят
ся только к 1<омпонентам данного рисунка. Рас
смотрим характерные отличия этой схемы и сравню
их со схемотехн11чес1сими решениями, приведенны
ми на рис. 2.2.
Здесь с11;ювои трансформатор содержит две вто
ричные обмот1ш, выводы 1соторых не соединенt
между собой. Нижняя по схеме обмотка подключ"
ется к выпрямительным элементам D1, D2 11 SBD:
постоянное напряжение с 1<оторых, 11сключая н�
пряжен11е +12 В, подается во все вторичные r<ан:
лы. Средняя точка этой обмотки подключена 1< ot
щему проводу вторичных цепей. Аноды диода
входящих в сборку SBD1, соединены с выводам
отдельной обмотки, средняя точка которой поJ
ключена к выходу выпрямителя канала +5 В, 1
есть к 1сатодам сборrш SBD2. Такое включение позв,
ляет снизить обратное напряжение на диодах сбо·
ю1 SBD1 и использовать в качестве вьшрямителt
Принципиальная схема. Вторичные цепи источника питания
�
о
::r:
\')
f"AN
Bmopu'-lttOR
цеnо
S8D1
+128
�
�
�
+58
):;,.
·с10
:] С.3
D1
С7
♦
S8D2
• с, 1
С):)
Общuо
><
-128
�
.,.:-5В
L3
�
0--
�
S8D3
01
/L1
D.3
Lб
-CJ
R3
D4
Rб
+.3,3В
R7
tб R8
-!
ZIC1
R11
R•O
Рис. 2.17. Принципиальная схема вторичных цепей источника питания
сборку диодов Шоттю�, работа I<оторых наиболее
эффективна при относительно небольших обрат­
ных напряжениях. В данном случае к диодам сбор­
ки выпрямителей канала +12 В приt<Ладывается об­
ратное импульсное напряжение, амплитудное
значение которого почти в два раза меньше, чем
в аналогичной цепи, показанной на рис. 2.2.
Крайние выводы нижней обмотки подключены
к катодам выпрямительных диодов D1, D2. На ано­
дах этих диодов появляются импульсы напряже­
ния отрицательной полярности, после фильтрации
которого получается общее постоянное .напряже­
ние для формирования номиналов -5 и -12 В.
В этом источнике питания дроссель L2 содержит
толы<о три канальные обмотки. Напряжение пита­
ния +3,3 В формируется отдельным выпрямителем
на диодной сборке SBD3 и стабилизатором, выпол­
ненном на транзисторе Q1, и не входит в контур
стабилизации с помощью магнитной связи. Выпря­
мительные диоды r<аналов +5 и +3,3 В под1<Лючены
к одноименным выводам обмоток трансформатора Т.
Мгновенное увеличение то1<овои наrруз1<и по I<аж­
дому из данных каналов приводит к снижению ам­
плитуды импульсов на выводах этих обмоток По­
этому косвеююе слежение за уровнем напряжения
в цепи питания +3,3 В производится по падению
напряжения в цепи 1санала +5 В. Слежение за уров­
нем выходных напряжений в данной схеме осуще­
ствляется также по состоянию каналов +5В и +12
В, но поскольку в этом примере рассматриваются
схемы фильтрации и дополнительной стабилиза­
ции вторичных напряжений, цепи, используемые
для основной стабилизации, на рис. 2.17 не показа�
ны. Для дополнительной стабилизации напряже­
ний отрицательных номиналов установлены интег­
ральные стабилизаторы IC1 и IC2. В качестве
стабилизатора канала -5 В использована МИI<росхе­
ма типа 7905, а для формирования напряжения -12 В
- ми1сросхема типа 7912. В каналах отрицат<'льных
напряжений несколько изменена схема сглажива­
ния импульсного напряжения, фильтрация I<oтopo­
ro выполняется толь1<0 обмот1<0й дросселя L2.
В данном варианте построения регулятора на­
пряжения + 3,3 В следует отметить две характерtше
особенности. Выходное напряжение канала коррек­
тируется потенциометром R11, а не жестко задает­
ся резистивным делителем с заранее определен­
ными номиналами. К коллектору регулирующего
транзистора Q1 на схеме рис. 2.17 не подключен
накопительный 1<ондеисатор. В этом варианте за­
мыкание выходных 1<Лемм канала +3,3 В на балан­
сный источник напряжения через тра11зистор Qt
происходит в течение действия отрицательных им­
пульсов на катоде диода D3. В остальные промежут­
J<И времени колле1стор Q1 подключен к общему про­
воду питания через диод D4. Принцип регулировки
уровня напряжения этого канала пuлностью анало­
гичен способу, ранее описанному при рассмотрении
схемы, представленной на рис. 2.2.
53
Принципиальная схема. Цепи защиты и формирования служебных сигналов
ненормированного увеличения потребления тока
наrруз,сой не предусмотрены, выпрямительные и ин­
дуктивные элементы вторичных цепей также могут
быть безнадежно испорчены. В этом случае блок
полностью пр11дет в негодность и для его восстанов­
ления потребуются большие трудовые и материаль­
ные затраты. Для ис,слючення повреждения цепей
11сточm1ка питания в ero схему вводятся 11ополни­
тельные элементы, которые обеспечивают защиту
при возникновении в наrруз1се процессов, не пре­
лусмотренных условиями нор�1альноrо функ­
ционирования всего источника питания.
Основная цель применения этих элементов воздействовать на цепи управления формировате­
ля импульсных сигналов для оrран11чен11я подачи
энерr1111 во вторичные каналы напряжен11я до устра­
нения причины, вызвавшей воэни,сновение неконт­
ролируемого процесса. Система защиты источника,
показанная на схеме рис. 2.2, срабатывает в сле­
дующих случаях:
На схеме рис. 2.17 также показан способ подклю­
чен11я вентилятора FAN, установленного внутри
корпуса 11сточника питания. Вентилятор, прежде
всего, служит для охлаждения мощных элементов
самого источника пита1111я. Возлущный поток лв11жется из внутренней полости источника наружу.
Оба с11ловых транзистора источни,са питания уста­
новлены на одном радиаторе через изолирующие
прокладки. На втором радиаторе закреплены вы­
прям11тельные д11одные сборки сильноточных ка­
налов. Оба радиатора расположены напротив вен­
тилятора и при его работе охлаждаются воздушным
потоком.
Каскад на транзисторах Q2 и Q3 предназначен
для регул11ровю1 уровня напряжения и соответ­
ственно для частоты вращения ротора вент11лято­
ра. Все источники питания АТХ конструктива име­
ют аналогичные регуляторы скорости вращения
вентилятора. Питание каскада производится от
вторичного напряжения + 12 В. Начало вращения
вентилятора после подключен11я источника к пита­
ющей сети может служить своеобразным индюсато­
ром формирования вторичных напряжений. Ca!\f
ве1пилятор включен в эмиттерную цепь транзистора
Q3. Уровень напряжения на вентиляторе и соответ­
ственно скорость ero враще1111я зависят от внутрен­
ней температуры источнюса. Датчиком температу­
ры является терморезистор ТН 1 с отрицательным
коэффициентом сопротивления, подключенный
между базой транзистора Q2 и общим проводом
питания. По мере прогревания внутренней полос­
ти прибора значение сопротивления резистора
ТН1 уменьшаетсst.--Уровень напряжения базового
смещения у транзистора Q2 снижается. Развит11е
этого процесса приводит к постепенному закрыва­
нию транзистора Q2 11 повышению напряжения на
базе QЗ. При полностью закрытом транзисторе Q2
напряжение на базе Q3 достигает своего максималь­
ного уровня, и транзистор Q3 полностью от1<рыва­
ется. Величина сопротивления перехода коллектор­
эмиттер транзистора Q3 падает до минимально
возможной. Скорость вращения вентилятора в этих
условиях самая высокая.
• короткого замыкания по вторичным каналам
отрицательных напряжений;
• превыщения уровня напряжений каналов +5 В
11 +3,3 В выше предела, установленного техни­
ческими характеристиками;
• чрезмерного увеличения длительностей 11м­
пулъсов управления с11ловым11 транз11сторами.
Процесс включения защиты имеет комплексный
характер и в некоторых случаях сигналы, приводя­
щие ero в действие, поступают на исполнительную
цепь по 11ес1<олысим каналам. Для зануска эащ11тно­
rо механизма во всех перечисленных выше случаях
предусмотрены свои отдельные каскады. Каждый
из них формирует инд11в11дуалыrый сигнал защи­
ты. Все эти сигналы объединяются элементом
монтажного ИЛИ, реал11зова11ным на д11скретных
компонентах. Выхо д элемента ИЛИ подключен
к микросхеме ШИМ регулятора IC1, работа кото­
рой бло1шруется в случае фиксации неисправнос­
ти хотя бы в одном из каналов защиты. Действие,
которое оказывает каждый канал защиты на рабо­
ту источника питания, приводит 1< его длительной
блокировке. Возобновление нормальной работы
может про11зойт11 только после отключения преоб­
разователя от первичной сети и при повторном
В1<люченин.
Рассмотрим, во-первых, режим работы истоt1ни­
ка питания с точю1 зрения функционирования эле­
ментов защиты, во-вторых, все каскады, которые
инициируют запуск механизма включения блоки­
ровюt источника питания, и, в-третьих, условия,
пр11 которых он11 начинают действовать.
При подключении преобразователя напряжения
1с первичной питающей сети безусловным является
2.4.5. Цепи защиты
и цепи формирования
служебных сигналов
Силовые элементы (как активные, так и пасс11в­
ные) для каждого источника питания выбираются
с учетом предельных рабочих режимов, 1<оторые
должен обеспечивать источник. Увеличение на­
грузк11 сверх расчетной приводит к поврежлен11ю
компонентов с11ловой части. Если меры защиты от
54
Принципиальная схема. Цепи защиты и формирования служебных сигналов
1< общему проводу вторичного питания. При этом
происходит открывание транзистора QS, через ма­
лое сопротивление I<oтoporo вывод IC1/4 под1<Лю­
чается 1< источню<у питания +5 В - вывод IC1/14.
Микросхема IC1 устанавливается в режиме ожида­
ния и удерживается в нем до поступления на вход
PS-ON (базовая цепь Q2) низкого логического
уровня. Запуск миtсросхемы ICl происходит при
подаче сигнала НИЗ/(QГО логического уровня в точ1<у PS-ON и последовательного за�<рывания транзи­
сторов Q1 и QS. Вывод IC1/4 отключается от ис­
точнИI<а положительного напряжения, снимается
бло1<11ров1<а элемента DD1 и на выходах ICt/8,11
начинают формироваться импульсы управления.
В процессе работы или в начальный момент под­
ключения источника питания 1с наrруз1<е в любой
вторичной цепи может произойти короткое замы­
кание (КЗ). Оно приводит I< резкому неr<онтроли­
руемому увеличению то1са. Допустим, что КЗ воз­
никло в произвольном канале положительного
вторичного напряжения. В начальный момент уве­
личения наrруз1<и импульсный преобразователь
будет •стараться'> компенсировать снижение уров­
ня выходного напряжения. По цепи обратной свя­
зи МИI<росхема IC1 получает сигнал о снижении
уровня вторичного напряжения. После сравнения
поступившего уровня сигнала с опорным уро1тем
на выходе усилителя рассогласования возрастет
напряжение ошибки. Длительность импульсов
управления с выхода ШИМ формирователя нач­
нет быстро увеличиваться. Соответственно станут
больше и интервалы времени, в течение которых си­
ловые транзисторы находятся в открытом состоя­
нии. Ток, протеr<ающий через них, также повысит­
ся из-за снижения эквивалентного сопротивления
импульсного трансформатора, пересчитанного
к первичной обмоп<е. При увеличении длительно­
сти импульсов сокращаются паузы между ними.
Напряжение в точке соединения анода диода D18
и r<атода диода D19 интегрируется керамическим
конденсатором С19. Уровень напряжения на кон­
денсаторе С19 также начинает повышаться. С уве­
личением уровня этого напряжения растет поло­
жительный потенциал на базе транзистора Qб,
величина которого определяется соотношением ре­
зисторов делителя, состоящего из сопротивлений
R20 и R21. Сопротивление перехода коллектор­
эмиттер транзистора Qб включено последователь­
но с резисторами R13 и R14. Эти три сопротивле­
ния образуют базовый делитель транзистора Ql.
С повышением напряжения на базе Qб сопротив­
ление его перехода коллектор-эмиттер уменьшает­
ся. Когда оно примет значение, равное z1 1сОм,
произойдет оп<рывание транзистора Ql. Таким об­
разом, каI< толы<0 возникает короткое замыкание
только запуск автоrенераторноrо каскада. На дру­
гие первичные цепи сначала подается толы<о вы­
прямленное сетевое напряжение. От вторичной цепи
автоrенераторноrо кас1<ада положительное напря­
жение питания IC1 поступает на вывод IC1/12. На
выходе IC1/14 формируется постоянное стабили­
зированное напряжение с номинальным значением
+5 В. Этот вывод в схеме (см. рис. 2.2) соеди­
нен с выводами IC1/13,15 микросхемы TL494
и эмиттерами транзисторов Q1 и Q5. Коллектор
транзистора Q5 непосредственно, а коллектор
транзистора Q1 через диод D10 подключены по
схеме монтажного ИЛИ к выводу ICl/4 шшросхе­
мы ШИМ регулятора. К выводу IC1/4 подсоеди­
нен неинвертирующий вход внутреннего компара­
тора DAl (по рис. 2.7). Выходной сигнал DAl
зависит от соотношения подаваемых на его входы
напряжений. На инвертирующий вход DA1 посту­
пает пилообразное напряжение. Пока на миr<росхе­
му IC1 подается постоянное положительное напря­
жение с уровнем не ниже +7 В, его формирование
происходит непрерывно. Амплитуда пилообразно­
го сигнала :::::З В. Если на неинвертирующий вход
DAl поступит положительное напряжение по уров­
ню, превышающее амплитуду «пилы1>, то на его
выходе установится постоянное высо1<0е напряже­
ние, которое передается на вход элемента DD1.
Элемент DD1 блокируется этим уровнем, а значит
на его выходе будет поддерживается постоянный
высокий уровень независимо от состояния второго
его входа. Следовательно, импульсный сигнал от­
ключится от триггера DD2 и на базах транзисторов
VТ1 и VT2 будет напряжение низкого логического
уровня. Формирование ШИМ выходного сигнала
будет приостановлено. Транзисторы промежуточ­
ного усилителя Q8 и Q7 �замрун в открытом со­
стоянии. Передача импульсного сигнала в базовые
цепи Q9 и Q10 прекратится. Остановится процесс
ВЧ преобразования и подача энергии во вторичные
цепи. В такой последовательности будет разви­
ваться процесс остановки работы всего источника
питания, если хотя бы один из транзисторов Q1
или Q5 будет находиться в открытом состоянии.
Через любой из этих открытых транзисторов на
вывод IC1/4 будет подаваться напряжение высо­
кого логического уровня, превышающее ампли­
тудное значение пилообразного напряжения на
IC1/S (и соответственно на инвертирующем вхо­
де компаратора DA1).
Выход канала дежурного питания +SVSB через
резистор R22 подключается к базовой цепи тран­
зистора Q2. В этой цепи возникает положительный
потенциал практически сразу после ВI<Лючения пи­
тания. Транзистор Q2 переходит в состояние насы­
щения и резистор R16 через него подключается
55
Принципиальная схема. Цепи защиты и формирования служебных сигналов
110 одному из основных каналов потребления энер·
rии, последовательно открываются транзисторы
Qб 11 Q1. Через открывающийся транзистор Q1 по­
ложительное напряжение, образованное внутрен­
ним источю1ком м11кросхемы TL494, с вывода IC1/
14 подается на вывод ICl/4. Напряжение на выво­
де ICt/4 также посте11енно нарастает. Изменение
структуры сигналов управления при этом можно
проследить по диаграммам работы ШИМ регуля­
тора (см. рис. 2.8). В 01111сываемом случае на диа­
грамме 2 происходило бы ностепенное увели•1ение
длительности положительного импульса вследствие
11ревышения уровня напряжения, отмеченного гори­
зонтальной линией. Ширина же положительных
импульсов на диаграмме 4 (выход 1<омпаратора
DA2) имела бы минимальную ширину. Обе после­
довательности поступают на входы элемента DO1.
Параметры результирующей выходной импульс­
ной последовательности определяют дл_итсльность
открытого состояния силовых транзисторов. Вре·
менн6й интервал, в течение которого силовой тран­
зистор открыт, равен паузе между импульсами пос­
ледовательности с меньшс-й д11ительностыо паузы.
С возрастанием напряжения на входе ICl/4 npo11c·
ходит уменьшение паузы в последовательности на
выходе элемента DD1 11, как следствие, со1<ращение
времени активного состояния силовых транзисто·
ров. Микросхема IC1 постепенно Пf'реводит сило­
вые транзисторы Q9 и Q10 в режим работы с огра­
ниченной длительностью активного состояния.
Сначала передаваемая во вторичную це11ь снижает·
ся до ми11имума, •по пр11водит к резкому сн11жению
уровней выходных напряжений по всем каналам,
а затем nроисход11т полная блокировка импульсов
на выходах IC1 и останов1<а преобразователя. Пос­
ле того как транзистор Q1 ОТI<роется через диод
D3, в базовую цепь транзистора Q4 поступит поло­
жительное напряжение, переводящее ero в сос1·ояние
насыщения. Те11ерь в базовой цепи транзистора Q1
два транэ11стора Q4 и Qб находятся в открытом со­
стоянии. Уме11ьшение д;11пелыюсти импульсов, ОТ··
I<рывающих транзисторы Q9 и Q10, а также оста­
новка преобразователя приведут · J< понижению
напряжения на конденсаторе С19. Транзистор Qб
закроется, но напряжение на выводе IC1/4 будет
поддерживаться высоким, так 1<ак транзистор Q1
будет удерживап,ся в от1<рытом состояни11, благо­
даря открывшемуся транзистору Q4. Таким обра­
зом. последовательное срабатывание транзисторов
Qб и Q1 приводит к бло1<11ровке выходов IC1. Ис­
пользование же Q4 в базовой цепи транзистора Q1
позволяет сохранить это состояние.
Силовая часть схемы и элементы управления
в этом режиме блокируются полностью. Даже если
причина КЗ будет устранена, источник питания
самостоятельно не запустится. Повторный запуск
потребует выI<Лючения питания и вьщерживания
определенной паузы для разряда конденсатора С8,
подключенного между базой транзистора Q1 и о6щ11м проводом. В режиме- ожидания питание микро­
схемы !С l вновь во::юб11овляется от :�втоrенер:�тора
на транзисторе Q3. В микросхеме IC1 продолжают
работать тол �,ко генератор 11 илообразноrо напряже­
ния и внутренний источник опорного напряже1111я,
формирующий на выводе IC1/14 напряжение +5 В.
Каскад для защиты схемы от КЗ в цепях кана­
лов с отрицательными выходными напряжениями
собран на элементах D1, R2, R8, R9, D4 11 Q4. Эти
элементы образуют сумматор напряжений по 1<ана­
лам -5, -12, +5 В. Номиналы резистивных элемен·
тов подобраны так, чтобы в слу•1ае воз1н11<новения
КЗ по одному из отринательных номиналов, поло­
жительное напряжение на аноде диода D4 11рсвыси­
J1О бы уровень 1,2-1,3 В. Этого будет достаточно
для открывания транзистора Q4. Следо:-.t за этим
транзистором в состояние насыщения переходит
11 транзистор Q1. Через открытый транзистор Qt
11 диод D3 положительный потенциал подается, как
11 в вьн11е описанном случае, в базовую цепь тра�1зистора Q4. С 1<оллектора транзистора Q4 •1ер<:з
диод D10 положительное напряжение поступает на
вход IC 1/4. Выходы этой ш11<росхемы и. рабо·rа сн­
ловоrо каскада блокируются. После снижения
уровня выходного напряжения канала +5 В оба
транзистора Q1 и Q4 в цепи защиты находятся
в от1<рытом состоянии.
Маломощные стабилитроны ZD1 и ZD3 11од1<nю·
чены катодами 1< выходам каналов напряжений +5 В
11 +3,3 В соответственно. Их аноды объединены
и через рез11стор R3 подсоединены 1< общему про­
воду питания. Такое соединение кроме суммирова­
ния сигналов датч111<ов обеспечивает развязку меж·
ду 1<ан.u1ами. Через диод 05 аноды стабилитронов
подсоединены также к базе транзистора Q4. Эти
элементы являются датчиками уровней втор11•1ных
каналов положительных напряжений и ис11ользу­
ются для включения защ1пноrо механизма в случае
превышения на11ряжениями этих цепей верхне1·0
допустимого предела, установленного технически­
ми характеристиками источника питания. Номи­
нальный уровень фиксации неконтролируемого
превышения напряжения в канале +5 В составляет
+6,3 В, а для I<анала +3,3 В равен +4,2 В. Работа
обеих защитных цепей строится по одному и тому
же 11ринци11у. Он заключается в том, что при дости­
жении выходным налряже11ием уровня защитной
фю<сации, напряжение в точке соединения анодов
стабилитронов должно �теть значение 1,2-1,3 В. то
есть достаточное для последовательноrо отr<рывс1ния
диода D5 11 транзиси>ра Q4. Далее открывается Q4
56
Проведение работ с блоками питания конструктива А ТХ
и процесс включения защиты происходит по выше
описапному алгоритму. Переключения элементов
приводят к полной бло1<ировке сисrемы ШИМ ре­
гулирования. Для срабатывания схемы защиты при
уJ<азанных предельных значениях напряжений ис­
пользованы стабилитроны с напрf1жением стабили­
зации 5 и 3 В для каналов с выходным напряжени­
ем соответственно +5 и +3,3 В.
Каждый источник питания для 11ерсона.11ьноrо
компьютера должен устанавливать с11rнал опове­
щения вычислительной системы о завершени11 пе­
реходного процесса и достижения выходными вто­
ричными напряжен11ями номинаJ1ьных значений.
Наименование этого сиrnала в оригинальной транс­
крипции - POWERGOOD. В активном состоянии
011 имее1· высокий логический уровень, который
появляется на выходе каскада-формирователя с за­
держкой от 100 до 500 мс относительно вторичных
напряжений. В схеме, 11риведенной на рис. 2.2, этот
каскад построен на микросхеме IC2, состоящей из
двух компараторов напряжения. Стру1<турная схе­
ма микросхемы IC2 представлена на рнс. 2.18.
Вывод питания IC2/8 подключен к источнику
стабильного напряжения, сформированному на вы­
воде IC1/14 микросхемы TU94. Опорное напряже­
ние 2,5 В со средней точки делителя, образованного
резисторами R23 и R24, поступает 1ia входы IC2/2
(инвертируюший вход DA1) и IC2/5 (неинвертиру­
ющий вход DA2). Компараторы микросхемы IC2
включены последовательно. Выход 1сомпаратора
DA2 IC2/7 подключен к не11нвертирующему входу
DA1 IC2/3 через интегрирующую цепочку, образо­
ванную элементами RЗS и С23. Компаратор DA2
микросхемы IC2 отслеживает уровень сигнала PS­
ON, поступающий на ero вход IC2/6 через реэисrор
R43. Пока сигнал PS-ON будет иметь высокий уро­
вень, 11ола11ный от IСЗ •1ерез резистор R22, напря­
жение на выходе IC2/7 будет низкого лоrич.ескоrо
уровня. Этот уровень через буферный элемент на
компараторе DA1 транслируется на его выход IC2/1. При переключении сиrнала PS-ON в состо­
яние низкого логического уровня, выход компара­
тора DЛ2 IC2/7 изменит свое состояние, на нем по­
явится уровень, б1tизкий к +5 В, что соответствует
высокому логическому уровню. Выходным током
компаратора начинается заряд I<онденсатора С23.
Когда напряжение на нем повысится до уровня,
превышающего +2,5 В, напряжение 11а выходе ком­
паратора DA1 IC2/1 также достигнет nысокоrо ло­
rичес1<0го уровня. Так11м образом, для выработ1<и
сигнала POWRGOOD должно выполниться не­
сколько условий:
1. Должен ш<Лючиться автогенератор на QЗ, дол­
жны исправно работать его вторичные цепи
11 формирователь стабильного на11ряженим
в IC1.
2. На вход сигнала PS-ON доJ1жен быть подан
н11зкий уровень.
3. Вторичное напряжение +5 В должно успеть
нарасти до номинального уровня.
Таким образом, мы обсудили основные схемы
источника 11ита1н1я (см. рнс. 2.2) и принuины пост­
роения источника питания АТХ форм-фактора. Но
прежде, чем перейти к рассмотрению возможных
неисправностей этого источника 11111-а11ия, следуе·r
уделить внимание методам проведения работ по их
выявлению и устранению. Практическое прнмене­
ние положений следующего раздела позволит про­
изводить ремонтные работы с максимальной безо­
пасносп,ю и эффсктивностыо.
2.5. Проведение работ
с блоками питания
конструктива А ТХ
Структурное построение бестрансформаторных ис­
точников питания имеет ряд особенностей, отлича­
ющих их от преобразователей первичной энергии
сети переменного тока, содержащих 1шзкочастот­
ный трансформатор на входе. Главное отличие за­
ключается в том, что силовая часть бсстрансформа­
Т()рноrо преобразователя не имеет гальванической
развязки с первичной щ1тающей сетью. Питание
силовых каскадов осуществляется выпрямленным
напряжением сети. Не1<оторые каскады, та1ше, на­
пример, ка1< автоrенсраторные схемы, рассчитаны
на работу именно при питании сетевым напряже­
нием 220 В и не функционируют при пониженном.
Макс11ма.11ьное напряжение на силовых элементах
схемы превышает действующее значение напряже­
ния первичной сети практически в полтора раза.
Пренебрежение мерами безопасности при работе
с такими высокими напряжениями может привес­
ти к поражению электротоком. Неправилыюе под­
ключение к источнику питания стационарных из­
мерительных приборов при работе с ним может
вызвать л.альнейшее ero 11овреждение. Избежать
DA2
Рис. 2.18. Структурная схема микросхемы LМЗ9З
8-717
57
Проведение работ с блоками питания конаруктива А ТХ
этого, а также сохранить в исправном состоянии из­
мер11тет,ныс приборы, можно, если воспол1,3овать­
ся советами, предложенными в этой главе.
При рассмотрении методики поДJСЛючения изме­
рительных приборов к БП будет использоваться
схема, представленная на рис. 2.2. Общий подход
к проведению ремонтных и диагностических опера­
ций сохраняется для всех схем, представленных
в настоящей книге.
На рис. 2.19 показана упрощенная схема развод­
ки промышленной сети потребителям переменного
напряження 220 В, принятая в нашей стране.
Для снижения потерь и уменьшения токовой
нагрузки на энергосеть передача электроэнергии
про11звод11тся л11ниями электропередач высо1<ого
напряжения. Для ero преобразован11я в промежу­
точных распределительных подстанциях установ­
лены трехфазные трансформаторы VТ. Подача
электропитания с напряжением 220 В к конечным
потребителям осуществляется с выходов обмоток
этих трансформаторов. Вторичные обмотки состо­
ят из проводов: трех фазных и одного нулевого, за­
земленного в месте установ1<и трансформатора. На­
пряжение между фазными проводами составляет
380 В, напряжен11е между нулевым проводом и про­
извольной фазой - 220 В. Для большинства потре­
бителей электросеть подводится одним фазным
и нулевым проводами. Необходимое соблюдение
баланса нагрузки по всем фазам достигается равно­
мерной развод1<ой фазного напряжения от разных
вторичных обмоток трансформатора VT по потре­
бителям с примерно одинаковой потребляемой
с нулевым проводом. К выводу нулевого провода
производится под1<лючение 1<0рпусов ucex измери­
тельных приборов с питанием от сети перемешюrо
тока. В отечественной сети переменного тока к ро­
зеткам напряжения 220 В отделы,ый провод зазем­
ления, 1<оторый не имел бы соединения ни с одним
из ее полюсов, не подключается. Это обстоятель­
ство следует обязательно уч11тывать пр11 проведе­
нии измерений в блоке питания с использованием
стационарных приборов
Согласно требованиям техники безопасности,
мета.тишческий t<орпус стационарного измеритель­
ного прибора должен иметь надежное соеднненне
с 1<0нтуром защитного заземления. Час то в качестве
такого прибора используется осциллограф, один из
электродов его 11эмер11тельноrо щупа подключен
к корпусу. Большинство осциллограмм напряже­
ний силового каскада снимаются относитеш,но от­
рицательного электрода конденсатора Сб (рис. 2.2).
Рассмотрим, что происходит при подключении ос­
циллографа 1< силовому каскаду импульсного ис­
точника питания. Источник и осциллограф под­
J<лючены через обычные розетки, разводка которых
соответствует, приведенной на рис. 2.20. На рисун­
ке показан способ подключения электродов осцил­
лографа с заземленным корпусом к силовому 1<ас­
каду БП.
Конкретная схема сетевого фильтра источника
nи·rания в данном случае нс имеет значения и пока­
зана условно. Обозначения элементов блока пита­
ния соответствуют их позиционному обозначению
на рис. 2.2. Подключение источника питания к ро­
зетке выполняется трехпроводным шнуром. Два
проводника шнура соединяют потенциат,ные по­
люса розетки 11 выводы входного сетевого фильтра
источню<а. Корпус блока питания заведен на тре­
тий провод и через него подключен к контактам за­
земления розетки.
Рассмотрим подключение осциллографа к ис­
точнику питания, когда его 11ерв11•1ная цепь вклю­
чена в соответствии с указанной фазировкой розет­
КJ1. Если предполагается 11змерить режим работы
силовых элементов импульсного преобразователя,
собщий• провод измерительного щупа соединяет­
ся с отрицательной обкладкой конденсатора Сб.
Все предварительные электрические соединения
осуществляются до подачи напряжения п11тания.
Если •общий• провод щупа подключен, то 11ри по­
даче электропитания на источник происходит
очень быстрое выгорание диода D11 выпрямитель­
ного моста предохранителя (на схеме не показан)
и, возможно, части индуктивных элементов входно­
го ф11льтра. Дополнительные повреждения могу т
возникнуть на печатных проводниках и токооrра­
ничивающих терморезисторах. Такой эффект воз­
никает из-за того, что при указанном подключении
мощностью.
На рис. 2.19 для простоты показана только одна
условная розетка, отражающая схему подключения
конкретного потребителя. Розетка имеет два полю­
са для соединения с питающим напряжен11ем и два
контакта для подключения к контуру защитного за­
земления (зануления). Один нолюс розет1<и под­
ключен к фазному проводу вторичной обмотки
трансформатора VT, второй полюс, объед11ненный
с контактами защитного заземления, соединяется
VТ
Фо,о 1
ФО)О 2
~3808
Фо)О 3
Poэem11to
Могu,mроль
Ctt1COt<O-гO
нonpA)l(eнu\1
Рис. 2.19. Схема разводки первичной
электрической сети
58
Проведение работ с блоками питания конструктива А ТХ
Фоэо
Но110
CD
о
"'
1:----4@::=======:J.._
Ocuuнozpoq,
Иэ.мерumе11ьнtщ wyn
06щuu npor>og uзмерumело
Рис 2 20. Схема подключения осциллографа
к силовому каскаду импульсного источника питания
происходит замыкан11е потенциальных проводни­
ков входuоrо переменного напряжения через дрос­
сель фильтра L1 - диод D t 1. В течение отрицатель11ой nолуволны входного напряжения диол. D11
открывается. Сопротивления прямо смещенноrо
диода D 1 1, n редохран ителя и дросселя L 1 доста­
то11но малы, следовательно, ток, протекающий че­
рез эти элементы, достиrнет большой величины.
Выгорает диодная структура, затем предохрани­
тель. Повреждение провода дроссельной катуш1си
будет зависеть от того насколько быстро л.о выго­
рания предохранителя успеет возрасти ток. Фази­
ровка подключения блока питания к сети может
быть обратной. В этом случае процесс будет разви­
ватьtя по а11алоrичной схеме, только повреждены
будут диод D12 и дроссель L2.
В этом случае никаких измерений параметров
силового каскада произвести не удастся! Есл11 об­
щий проводник осциллографа будет подключать­
ся к другой точке силового каскада, это будет экви­
валентно ее подсоединению к нулевому проводу
первичной сети. Повреждения :>лементов схемы
и nе<1атноrо монтажа в каждом конкретном случае
будут определяться с помощью протекания токов
и попадания переменного напряжения на каскады,
рассчитанные на работу от источника постоянного
напряжения определенного уровня.
Можно сделать вывод - для проверки рабочих
параметров элементов бестрансформаторного ис­
точника питания под1<лючать приборы по схеме
рис. 2.20 нельзя. Это может привести к выходу из
строя элементной базы, а также к поражению элек­
тротоком персонала. производящего проверку.
Poэi)�3"&Q,oщuu
mpoнcq)op,.omop
,------==:----------,
бJ1ок r1umoнuя
Рис 2 21. Схема подключения импульсного источника
питания через развязывающий трансформатор
59
СамЬ1м простым и действенным способом ис­
пользования заземленноrо прибора для работы
с первичной цепью источника питания является
применение дополнительного развязывающего
трансформатора. Обмот1си трансформатора долж­
Н1>1 обеспечивать rа.л1,ваническую развяз1су с пита­
ющей сетью. Любое использование автотрансфор­
матора для этих целей недопустимо. Первичная
обмотка дополнителыюrо трансформатора под­
ключается к питающей сети. Вторичная обмотка
соединяется с входной цепью блока питавия. Схе­
ма подключения к первичной сети переменного
тока импульсного 11сточника пнтания через допол11ительный развязь1вающий трансформатор VT по­
казана на рис. 2.21.
Напряжение вторичной обмоnси трансформато­
ра развязки должно быть равно номинальному на­
пряжению первичной сети, то есть 220 В. Мощ1юсть трансформатора сетевой развязки должна
подбираться на основе анализа режимов, в ко1орых
nредпола1·ается его использование. Если нужно
производить подключение первичной цепи источ­
ника с диагностикой на холостом ходу вторичных
цепей, то достаточно будет трансформатора с вторич­
ной мощностью около 50 Вт. Если же необходима
nровер1<а блока в реальных нагрузочных режимах,
следует подбирать трансформатор на ма1ссима,ль­
ную мощность источника питания с учетом КПД
импульсного преобразователя и КПД трансформа­
тора развязки.
В основном же применение трансформатора раз­
вязки необходимо при проведении первичной диаr­
ностики цепей сетевого фильтра, выпрямителя
и силового каскада. Подключать трансформатор
можно также во время контрольного прогона пре­
образователя на холостом ходу (без втори•шых на­
грузок) после замены неисправных элементов. Как
правило, рабочее тестирование с полной нагрузкой
возможно непосредственно в реаль11ой системе, та�<
как не всегда есть возможность создать нагрузоч­
t1ый эквивалент, распределенный по вторичным
каналам.
Проведение работ с блоками питания конструктива А ТХ. ШИМ преобразователь
При установленном трансформаторе сетевой
развязки допускается полное использование изме­
рительных пр11боров с одн11м заземленным полю­
сом без каких-либо ограничений. В этом случае
11оявляется возможность контроля статических
уровней напряжений питания на элементах сило­
вого каскада и проверки их динамических характе­
ристик в режимах 11ере1<лючения.
В ис ючнике АТХ форм-фактора фующиониро­
вание толы<о одного 1<аскада нужно проверять
в реальном диапазоне 11ервичного питания. Это ав­
тогенераторный каскад на транзисторе Q3. Условия
его самонозбуждения рассчитаны на питание
==300В постоянного напряжения. Поэтому все 11ро­
вер1<и работоспособности автогенератора с про­
ведением измерсн11й режимов :элементов следует
производить с трансформатором развязки. Под­
ключение к 11сточн11ку питания должно выполнять­
ся в соответствии с рис. 2.21. Все остальные узлы
в процессе перВ!fЧНОЙ диагностики можно прове­
рит�) с помощью исто•1ника постоянного напряже­
ния с максимальным выходным уровнем 30 В.
Минимальный набор 11риборов для проведения
диагностики исправности элементов блока пита­
ния следующий:
узлов возбуждения усилителей мощнос ти 11rоиэво­
дится от напряжений менее 30 В, их проверку можно
осуществлять от внешних низ1<овот,тных стабили­
зированных источню<ов. Питание сюювых 1<аска­
дов номинальным напряжением требуется в тех
случаях, когда необходимо обеснечить во вторич­
ных цепях бло1<а питания уровни выходных напря­
жений, отвечающие требованиям техни•1еских ха­
рактеристик. Для просто/,! провер1<11 процессов
переключения силовых транзисторов и работы их
базовых 11еnсй уровень напряжения питания уси­
лителя мощности может быть значительно ниже, то
есть составлять также ==30 В. Предлагаемые общие
правила работы с БП, имеющими 1<ас1<ад внешнего
возбуждения, применимы 1< большинству схем. По­
зищ1онные обозначения элементов в 11риведенном
описании соответствуют обозначениям на рис. 2.2:
Следует учитывать, что все соединения :электричес­
ких цепей блока питания и внешних источников
стабилизированного напряжения можно произво­
дит,, ТОЛl,КО при ВЫI<ЛЮЧСЮIОМ состоянии приборов.
• развя::�ывающий трансформатор с на11ряжением
вторичной обмотки 220 В (±10%) 11 мощностью
вторичной 11еш1 не менее 50 Вт;
• осциллограф с полосой не менее 1О МГu, осна­
щенный щупом-делителем 1:10, с рабочим диа11а::�оном для постоянных и переменных 11апря­
жений не менее 800 В;
• универсальный вольтметр для проведения из­
мерений статических уровн<'й и проверки от­
дельных элементов;
• два перестраиваемых источника постоянного
напряжения со шкалой до 30 В, нагрузочной
способностью не менее 2 А и встроенной защи­
той от перегрузки.
Проведс11ие проверки на функционирование уэл;
ШИМ преобра::�ователя не требует nодключеню
вторичных 11агрузо1<. Проверка мыявляет работос·
пособность модулятора IC1 и промежуточного уси
лителя на Q7 и Q8.
Схема подключения электропитания для прове
дения проверки работоспособности ШИМ преоб
разователя показана на рис. 2.22.
Проверка каскада ШИ М преобразователя вы
полняется при подаче положительного напряжен.и
только от внешнего стабил11зированного 11сточни
ка 1 в точку соединения элементов, а именно: поле
жительная об1<Ладка конденсатора С24, катод 2:
катод D9, реаисторы R32, R44 и R45, вы вол IC1/1:
Входная цепь импульсного блока питания пр
этом должна быть rюлносп,ю обесточена. Выходнс
2.5.1. Проверка каскада
ШИМ преобразователя
Аксессуары для nроизвод�тва работ по демонта­
жу и замене элементов эдесь не рассматриваются.
Ниже предлагается последовательность опера­
ций, обеспечивающих I<омфортные условия приме­
нения измерительных приборов и ус11е111ное выяв­
ление причин, вызвавших отка::� блока питания.
В этом разделе 011исаны только правила подключе­
ния приборов к проверяемому импульсному блоку
питания. Вопросы выполнения конкретных И:\Ме­
рен11й и оttенки работос11особност11 узлов 11 элемен­
тов будут рассмотрены отдельно.
Работы по проверке работоспособности отдель­
ных узлов импульсного источни1<а 11итания следует
выполнять в условиях, максимально соответствую­
щих требованиям беэопасност11 и исключающих по­
вреждение элементов схемы. Так как электропи тание
Рис. 2.22. Схема подключения электропитания дш
проверки работоспособности ШИМ преобразовате
60
Проведение работ с блоками питания конструктива А ТХ. Заключительная проверка
напряжение стабилизированного источника должно
иметь значение 25 В. Такой уровень напряжения
приближе11 1< реальному значению налряження
питания мнкросхемы IC1 в рабочем режиме и обес­
печивает формирование импульсного сигнала с ам­
пшпудой, достаточной для возбуждения транзис­
торов силового кас1<ада. Отрицательный полюс
стабилизированного источника соединяется с об­
щим проводом вторичных целей. Для нормального
запуска ШИМ преобразователя вход сигнала PS­
ON должен быть замкнут перемычкой на общий
провод вторичной цепи питания. Стабилнзирован­
ный источник 2 необходимо подключить 1< выход­
ным контактам вторичного канала +5 В. Выходное
напряжение второrо внешнего источни1<а должно
иметь значение 5 В. Необходимо таI<Же оп<Лючить
один из 1<онтактов резистора R8 и тем самым ис1<лю­
чить срабатывание канала защиты в отсутствие вто­
ричных напряжений с отринательным11 значениямк
Остальные входы цепей включения защиты преоб­
разователя, присоединенные 1< базовой непи тран­
зистора Q4, остаются свободными, та1< как в данном
случае они не влияют на функционирование IC1.
Второй источник постоянного напряжения необхо­
дим, так как без иеrо на вывод ICl/2 не будет пода­
ваться напряжение обратной связи, что аналогич­
но короп<ому замыканию втори•1ноrо 1<анала +5 В,
формирования сигнала «питание в норме» микро­
схемой IC2. При правильной работе 1<ас1<адов на
IC2 после включения обоих стабилизированных
источников на выводе IC2/1 появляется напряже­
ние по зна•rению близкое к +5 В.
2.5.2. Безопасная проверка
функционирования
силового каскада
Базовая конфигурация подключения оборудова­
ния для эле1<Троnитания узлов импульсноrо пре­
образователя при пронерке работоспособности ero
силового каскада аналогична конфигурации, пред­
стаrвленной на рис. 2.22. Для подачи напряжения на
силовой каскад следует соединить положительный
полюс 1<онденсатора CS с выводом <<+» внешнего
источника 1, а отрицательный полюс шюбходимо
под101ючить к общему проводу вторичной цепи.
С11ловой 1<аскад и ШИМ преобразовате,!lь будут за­
питаны от одного источника.
Напряжения питания на схему подаются от об()­
их внешних источников. При правильной работе
транзисторов Q9 и Q1О в точке соединения конден­
саторов С5 и С 6 напряжение устанавливается на
уровне половины напряжения источника 1. Размах
переменного импульсного сигнала на коллекторе
Q10 будет равен значению полного напряжения
питания, поданного на силовой r<ас1<ад. Сиrналы
в базовых цепях силовых транзисторов будут иметь
реальные :.sначення рабочих уровней и длител�,нос­
вследствие чего может произойти блокиров1<а IC1
по сиrналу от датчю<а увеличения ширины им­
пульсов управления (транзистор Q6).
В та1<ой конфигурации подключения питания
можно провести все провер1<и ШИМ преобразова­
теля в режиме генерации импульсного сиrнала 110
выходам IC1/8,11, а также в режиме работы им­
пульсного усилителя на Q7 и Q8. Если для прове­
д.ения измерений используется осциллограф с за­
землением (занулением) 1<0рпуса, то его общий
провод должен быть соединен с общим проводом
вторичной цепи источни1<а питания. Измерения
всех сигналов будут производиться относитет,но
Dбщеrо провода вторичной цепи. Включение обоих
стабилизированных источников нужно произво1щть одновременно.
Включение механизма защиты при повышенном
выходном напряжении канала +5 В можно прове­
�итъ, увеличив значение напряжения на стабилизи­
рованном источнике 2 до уровня 6,2 В. При этом
)олжны последовательно лереI<Лючиться в nроводя1uее состояние транзисторы Q4 и Q1. Если срабаты­
вание происходит правильно, то на выводе IC1/4
vстановится напряжение со значением примерно
tS В. Генерация импульсов по выходам IC1/8,11
IIJ>екратится. Возобновление работы МИI<росхемы
IC1 должно произойти после неnродолжительноrо
выключения обоих стабилизированных источников.
С помощью двух внешних источников постоян1Юrо напряжения можно проверить правильность
ти импульсов.
Наблюдение сигналов в базовой цепи транзисто­
ра Q1 О производится относительно общего провода
схемы. Для оценки уровня импульсного сиrна.11а
в базовой цеnи Q9 следует отключит�, осциллограф
от заземления. Тогда с ero помощью можно наблю­
дать сигналы в базовой цепи траJ-Jзистора Q9 и про­
вести измерения относительно ero эмиттера.
В режиме в1<пючения силового каскада от внеш­
него источ1-1и1<а вторичные напряжения, естествен­
но, будут иметь значительно заниженные уровни.
Вектйлятор охлаждения работать не будет.
2.5.3. Заключительная проверка
блока питания
Если в ходе предварительных проверок каскадов
импульсного блока питания от источников посто­
янного напряжения не было выявлено неисправных
элементов, следует от1и1ючить от 11роверяемоrо ис­
точника питания оба стабилизированных источни­
ка и восстановить временно отключенные электри­
ческие цепи. Провер1<а -функционирования всех
61
Основные неисправности, методы их поиска и устранения
можно выявить наличие поврежденных элементов
и предварите.11ьно локализовать место неисправно­
сти. Замс11у элементов, особенно в силовых цепях,
следует производить на оригинальные, используе­
мые в данном приборе. Если такой возможности
нет, и требуется отыскать аналог, то подбирать его
следует очень внимательно с учетом требований
конструкции, надежности и безопасности.
Описание поиска возможных неисправностей
составJ1е110 в предположении, что внешне элементы
тестируемого источника питания выглядят нор­
мально, без очевидных дефеtстов и повреждений.
Печатный мо1rrаж нс поврежден или предваритель­
ные работы по его восстановлению уже проведены.
Проверка источника проводится без нагрузки вто­
ричных цепей, если 11ное не указано, на отдельном
стенде. Перечень необходимого оборудования при-·
веден в разделе 2.5. Вход сигнала PS-ON должен
быть зам1<Нут перемычкой на общи�; провод вто­
ричной цепи. Все операщн1 по монтажу и демонта­
жу, а также установке и у;щлению временных со­
единений производятся только на полностью
обесточенном прнборе.
основных каскадов производится после подключе­
ния к тестируемому нздел11ю развязывающего
трансформатора (рис. 2.21 ). В та1сом варианте 11од­
ключе1111я преобразователя к_питающей сети допус­
кается использование заземленных измерительных
приборов. Измерения можно проводить в любой
цепи схемы относительно произвольной точки.
Включеtrие 110 схеме, приведенной на р11с. 2.21, 110-_
зволяет проверять цепи постоянного и переменно­
го токов. Нагрузочная способность блока питання
ограничена только мощностью исполь:зуемого транс­
форматора сетевой развязки. Запуск ШИМ преоб­
разователя происходит при замыкании перемыч­
кой входа PS-ON на общий провод вторичной цепи.
Эта перемычка - единственный элемент, который
сохраняется на всех э.тапах проверки до установки
источника питания в реальную с11стему.
Будьте осторожны II внимательны при проведе­
нии работ с подключенным трансформатором сете­
вой развязки. Если напряжение его вторичной об·
мотки близко к 220 В, все режимы элементов схемы
соответствуют номинальным рабочим. На силовых
элементах разность потенциалов превосходит 300 В,
а в автогенераторном каскаде амплитудные значе­
нюr импульсных 1солебан11il достигают 700 В. Кон­
денсаторы сетевого выпрямителя сохраняют заря­
ды в течение некоторого времени после отключения
бло1<а питания от сети. Перед прикосновением
к элементам обязательно проверьте отсутствие на
них 11апряжен11я с помощью измерительных прибо­
ром. При в1<Люченном электропитании нс проверяй­
те на ощупь степень разогрева силовых элементов.
После включения блока питания выходные вто­
ричные напряжения отсутствуют. Сгорел предо­
хранитель.
Возмож:11ая причина: во время эксплуатации
было произведено ощибочное подключение бло­
ка питания к сети с напряже}{ием 220 В, в то вре­
мя как переключатель выбора напряжения был
установлен в положение 115 В.
Алгоритм поиска 11еисправности:
1. Последовательно проверить целостность индук­
тивных элементов сетевого фильтра . выпрямитель•
ные диоды D11 - D14, ко1-1денсаторы CS и Сб. сило
вые транзисторы Q9 и QIO, диоды рекупераци1
D23 и D24.
2. Провести проверку активных компонентов узла ав
тогенератора на транзисторе QЗ.
3. Оценку работоспособности элементов произвеа�
только после их демонтажа из печатной платы блс
ка питания. Наиболее вероятен выход из строя а,с
тивных силовых элементов схемы и конденсаторо
CS и Сб.
4. После замены неисправных элементов провер�
работоспособности каскадов проведите последе
вательно по методике, приведенной в разделе 2.'
Сначала выполните проверку функционирован�
ШИМ преобразователя и силового каскада на С
и QIO, соглас.но положениям подраздела 2.5.2. 3
тем к тестируемому блоку питания подключи
трансформатор сетевой развязки согласно рис. 2.:
Убедитесь в работоспособности узла на QЗ, ера
нивая данные результатов своих измерений с с
циллограммами, приведенными на рис. 2.4.
2.6. Основные
неисправности, методы
их поиска· и устранения
В этом разделе читателю предлагается анализ воз­
можных неисправностей импульсных источников
питания АТХ 1сонструктива на примере схемы, при­
веденной на рис. 2.2. Источник питания является
преобразователем сетевого первичного напряжения,
поэтому работа с ним требует особой подготовки
и аккуратности. Перед проведением самостоятельных
работ с прибором подобного тина следует ознако­
миться с содержанием предыдущего раздела �про­
ведение работ с бло1(ам11 питания 1со11структива
АТХ1>. Это позволит подготовить рабочее место для
проведения ремонта, избежать ошибок и предотвра­
тить возможную порчу 11змерителы1ых прнбороu.
Если проюошел отказ источника питания, преж­
де всего неисправный прибор следует подвергнуть
тщательному визуальному осмотру. На этом этапе
62
Основные неисправности, методы их поиска и устранения
2. 5.3. Вид осциллограмм напряжений на элементах
этого каскада должен соответствовать осцилло­
граммам. изображенным на рис. 2.4.
5. Без нагрузки по вторичным каналам проверьте ра­
боту силового каскада. В базовой цепи Q9 прове­
дите контроль прохождения импульсного сигнала
через пассивные элементы С21, R36, R40. Измере­
ния проводите относительно эмиттера Q9. Анало­
гично проверьте базовую цепь QIO, подключая об­
щий вывод осциллографа к его эмиттерной цепи.
Проверьте наличие трехуровневого импульсного
сигнала на коллекторе QIO. измеряя его относи­
тельно эмиттера QIO. Размах сигнала должен прак­
тически совпадать с уровнем напряжения питания
силового каскада. Вид полученных осциллограмм
напряжений сравните с приведенными на рис. 2.12,
2.13, снятыми в соответствующих точках.
Сразу после Вl(JIЮчения источника питания проис­
ходит срабатывание защиты.
Возможиая причzша: не подается сигнал обрат­
ной связи на микросхему IC1.
Алгоритм поиска неисправиости:
1. Из-за повреждения проводника печатной платы,
соединяющего точку объединения резисторов R47,
R46 и вывод IC1/1, или неисправности самих рези­
сторов сигнал обратной связи нагрузки основных
вторичных каналов не подается на микросхему
ШИМ преобразователя. Отсутствие этого сигнала
IC1 в начальный момент воспринимает как повы­
шение потребления по вторичным каналам поло­
жительных напряжений. Происходит увеличение
длительности импульсов возбуждения силового
каскада на транзисторах Q9 и QIO. Напряжение на
конденсаторе С19 возрастает и открывается транзи­
стор Qб Далее развивается процесс включения
блокировки ШИМ преобразователя по входу IC1/4
через транзистор Q1
2. Проверку работы ШИМ преобразователя провести
с использованием методики описанной в под­
разделе 2.5.1. После включения стабилизированно­
го внешнего источника 2 по рис. 2.22 проследить
подачу сигнала обратной связи от выходного кон­
такта канала +5 В через резистор R47 на вывод IC1/1.
При уровне выходного напряжения внешнего ис•
точника 2, соответствующем +5 В, напряжение на
вь1воде IC1/1 должно составлять 2,2-2,3 В.
Возможная причина: произошел пробой изоля­
ции силовых транзисторов, установленных на
общем радиаторе.
Алгоритм nouCКLl неисправности:
1. Не производя демонтаж, проверить сопротивление
между металлическими частями корпусов транзис­
торов Q9 и QIO, на которые выведены выводы кол­
лекторов, и радиатором, на котором они закрепле­
ны. Если обнаружено, что сопротивление между
ними составляет несколько килоом или менее, это
служит признаком того, что изолирующая проклад­
ка повреждена. Нужно выпаять транзисторы и про­
верить целостность прокладок и исправность тран­
зисторов.
2. Неисправные транзисторы и пробитые прокладки
заменить. Крепление новых транзисторов произве­
сти через новые прокладки. После механической
установки проверить сопротивление между корпу­
сами Q9, QIO и радиатором.
3. Проверить исправность диодного моста на 011 D14 и резистивные элементы базовых цепей сило­
вых транзисторов. При пробое транзисторов или
прокладок они также могут быть повреждены.
4. После замены всех неисправных элементов, вклю­
чая предохранитель, проверку силовой части пре­
образователя провести в два этапа. На первом эта­
пе использовать методику подраздела 2.5.2, на
втором - подраздела 2.5.3.
Возможная причина: нарушены электрические
связи между пассивными элементами, установ­
ленными в базовой цепи транзистора Q4.
.AJUopumм поиска иеисправиости:
1. Провести электрическую проверку исправности
элементов и проводников их соединяющих, под­
ключенных к базовой цепи транзистора Q4.
2. Наиболее вероятная причина срабатывания за­
щиты по этому каналу - нарушение связей между
резистором R9 и анодом диода 04. В этом случае
напряжение от вторичного канала +5 В не компен­
сируется отрицательными напряжениями. Транзи­
стор Q4 открывается положительным напряжени­
ем. поступающим на его базу. Далее, в проводящее
состояние переходит Q1 и подключает вывод IC1/4
к положительному напряжению вывода IC1/14.
ШИМ преобразователь блокируется.
Возможная причина: отказ элементов в автоrене­
раторном каскаде на QЗ.
Алгоритм поиска неисправности:
1. Проверить омметром исправность транзистора Q3.
Если произошел отказ, следует произвести замену.
2. Дополнительно осмотреть трансформатор ТВ. Про­
вода трансформатора не должны быть поврежде­
ны, на изоляции обмоток не должны просматри­
ваться следы термических повреждений. Если эти
следы наблюдаются, то существует большая веро­
ятность разрушения эмали провода обмотки. что
приведет к межвитковым замыканиям и снижению
индуктивности первичной обмотки ТВ Трансфор­
матор следует заменить.
3. После замены элементов проверку функциониро•
вания каскада выполнять по методике подраздела
Возможная причииа: срабатывание защиты выэва­
но неисправностью стабилитронов ZD1 или ZDЗ.
Алгоритм поиска неисправности:
1. Проверить исправность стабилитронов Z01 и ZD3.
Если хоть один из них неисправен и его внутренняя
структура образует лишь сопротивление малой ве­
личины. то положительное напряжение вторично­
го канала через него будет поступать на базу Q4.
Последовательное переключение транзисторов
Q4 и Q1 приведет к срабатыванию защиты и блоки­
ровке микросхемы IC1.
63
Основные неисправности, методы их поиска и устранения
Не вырабатывается напряжение питания для зле­
ме11тов дежурного режима +5VSB. Вторичные
напряжения поступают независимо от наличия
пере мычки, соединяющей вход PS-ON с общим
- наличие пилообразного напряжения на выводе
IC1/5 с амплитудой З В;
- появление на выводе IC1/14 напряжения +5 В;
- nри подаче на микросхему напряжения питания от 7
до 40 В от выпрямителя на диоде D9 на выходах lC1/8,
11 появляются импульсные последовательности.
Отсутствие хотя бы одного из перечисленных при­
знаков свидетельствует об отказе внутренних узлов
ICI. Если выходные последовательности на выходах
микросхемы сформированы, то следует проверить
правильность функционирования каскада на тран­
зисторах Q7 и Q8. Пользуясь описанием этого кас­
када, приведенным в разделе 2.4 и иллюстрациями
его работы, необходимо проверить режимы рабо­
ты элементов и коммутацию транзисторов в соот­
ветствии с импульсными сигналами. поступающи­
ми на их базы с выводов 1(1.
Возможная причина: ложные срабатывания з�­
шиты из-за повреждения транзисторов в систе­
ме блокировки мюсросхемы IC1.
Алгоритм поиска неиспратюсти:
1 Немотивированная блокировка работы микросхе
мы ICl может быть вызвана неисправностью хот�
бы одного из транзисторов QI, Q2, Q4 - Qб
2. Для выявления неисправного элемента следуе·
включить блок питания в обычном режиме. Опре
делить через какой транзистор из nары QI или Q!
на вывод IC1/4 поступает напряжение +5 В. Затем
отключив блок питания от сети, проверить оммет
ром исправность транзистора, который во врем·
проверки находился в проводящем состоянии
и транзисторов, подключенных к его базовой цепv
проводом.
Воз.можна.я причина: нарушена работоспособ­
ность элементов вторичной цепи автоrенератор­
ного каскада.
Алzоритм поиска неисправности:
1. Еа�и ШИМ преобразователь запускается без подклю­
чения вывода PS-ON к общему проводу, то это ука­
зывает на то, что при подключении блока к питающей
cen,, не формируется напряжение +5 VSB, подавае­
мое на этот сигнальный вход через резиаор R22.
2. Подключит�, импульсный блок питания к первич­
ной сети. Произвести проверку формирования на­
пряжения на вторичной обмотке автогенераторно­
го каскада. Измере..-ия производить относительно
общего провода вторичной цепи.
3. Последовательно проверить наличие импульсного
напряжения на аноде D8, входе микросхемы IСЗ
и ее выходе Еа�и на холостом ходу напряжение во
всех точках в норме, подключить к выходу канала
резиаор 10 Ом мощностью не менее 2 Вт и прове­
рить нагрузочную способность микросхемы IСЗ.
4. Еа�и обнаружено, что микросхема IC3 неисправна,
то ее необходимо заменить. Затем повторно про­
верить правильность формирования напряжения
питания дnя элементов дежурного режима.
При вклю'lен.и11 питания блок питания не выраба­
тывает вторичные напряжения. Автогенератор
работает нормально.
Возможна.я причина: отказ пассивных элемента
в базовых цепях Q9 и Q10.
Allzopum,,t поиска неис-правности:
1. Произвести подключение внешних источника
питания в соответавии со схемой, приведенно
на рис. 2.22, и рекомендациями по конфигураци�,
изложенными в подразделе 2.5.2. Еа�и внешни
источник стабилизированного напряжения н
указывает на перегрузку по току, это является пр�,
знаком того, что транзисторы Q9, QIO не повре>t
дены.
2. Проверить формирование импульсных последе
вательноаей транзисторами Q7 и Q8. Если осци1
лограммы импульсов на коллекторах транзисп
ров промежуточного усилителя соответствук
изображению на рис. 2. 10, проконтролировать n<
стуnление этих импульсов со вторичных обмоп
трансформатора Т2 в базовые цепи транзисторе
Q9 и QIO.
З. Используя материал описания работы силово1
каскада и рис 2.12, 2.13, проверить правильное
прохождения импульсного сигнала через базовt
цеnи силовых транзисторов и Формирование с 1
помощью трехуровнего сигнала на коллекто1
QIO. Еа�и в базовой цепи присутствуют неиспра
ные элементы, то вид осциллограмм импульсн1
Возмож,1ая причи11а: отказ микросхемы IC1 или
элементов в промежуточном усилителе на тран­
зисторах Q7 и Q8.
Алzоритм nout:кa 11еисправности:
1. Нормальная работа автогенераторного каскада
ука.зывает на то, что в первичной цепи импульсно­
го преобразователя нет повреждений. Выход из
ароя силовых транзисторов вызвал бы перегора·
ние предохранителя. Неисправность связана с ра­
ботой IC1, элементов подключенных к ней или про­
межуточного усилителя на Q7 и Q8.
2. Поиск неисправного элемента можно производить,
подключив блок питания к первичной сети. Пред­
варительно к выходному контакту канала +5 В а�е­
дует подсоединить внешний источник стабипизи­
рованного напряжения с таким же выходным
уровнем. Для выключения защиты временно от­
ключить резистор R8, отпаяв один из его выводов.
3. Подключить питание первичной сети и внешнего ис­
точника. Проверить появление положительного на­
пряжения на выводе ICl/14. Напряжение на выводе
ICl/4 должно иметь уровень, близкий к потенциалу
общего провода.
4. На нормальное функционирование микросхемы
ШИМ преобразователя указывают следующие при­
знаки:
64
Основные неисправности, методы их поиска и устранения
напряжение в точке соединения ZICl и резистора
R54 поддерживается постоянным на уровне :::::2, 72,8 В. Напряжение же на эмиттере транзистора Q11
изменяется в некоторых пределах. При повышении
выходного напряжения канала +3,3 В транзистор
Q11 открывается. Происходит замыкание положи­
тельной о6клаrо:и конденсатора С34 через резис­
тор R55 и открытый транзистор Q11 на конденсатор
С28, напряжение на правой по схеме обкладке ко­
торого имеет отрицательны�i' уровень.
З Следует проконтролировать работу этого каскада
и проверить уровень напряжения на выходе ZIC1
Если реальная логика работы стабилизатора отли­
чается от описанной или уровень напряжения на
ZICl превышает указанное значение, требуется за­
мена Q11 или маломощного стабилизатора.
напряжений в базовой цепи и на коллекторе QIO
будет отличаться от приведенных на рис. 2.12, 2.13.
Компьютер с данным блоком питания не работа­
ет. Уровни вторичных напряжений в норме.
В озможная причина: не вырабатывается сигнал
4:ПИтаt:!ие в норме•> (POWERGOOD).
Алгоритм поиска неисправиости:
1. Вероятно, на микросхему IC2 не поступает какое­
либо из подаваемых напряжений или она не­
исправна.
2. Подключить блок питания к сети стандартным об­
разом. Проверить поступление напряжений через
резистор R4З от входа сигнала PS-ON на вывод
IС2/б, с вывода ICl/2 на контакты JC2/2. 5, исправ­
ность резисторов RЗЗ и R42. Рабочи•й уровень
входного сигнала PS-ON низкий. Если все элемен­
ты в норме и напряжение поступает на соответству­
ющие выводы, на контакте IC2/7 должно быть на­
пряжение примерно +5 В. Такое же напряжение
устанавливается на IC2/1
3. Если этого не происходит, микросхема IC2 неис­
правна и требует замены.
При коротком замыкан11и по основным каналам
вторичного напряжения не происходит блокиров­
ки ШИМ преобразователя.
Возможная причина: неисправность транзистора
Q4 или элементов в ero базовой цепи.
Алгоритм поиска иеuсправности:
Плохая стабилизация вторичного напряжения
+3,3 в.
Возможная причина: нарушение работы стаби­
1. Режим длительной блокировки работы микросхе­
мы IC1 устанавливается либо при отсутствии низ­
кого уровня сигнала PS-ON, либо при срабатыва­
нии пары транзисторов Q4 и Q1. В первом случае
микросхема блокируется только в течение nерио•
да, когда транзистор Q2 находится в состоянии на­
сыщения. Работа ШИМ преобразователя возоб­
новляется; когда транзистор Q2 установлен
в состояние отсечки. Во втором случае блокирую­
щее напряжение через открытый транзистор Q1
подается на вывод ICl/4. Проводящее состояние
транзистора Q1 nсщдерживается открытым транзи­
стором Q4, подключенным к базовой цепи Q1.
Включение транзистора Q4 может происходить от
сигналов, поданных в его базовую цепь через ди­
оды D4 и D5. После переключения Ql к базовой
цепи Q4 подключается положительное напряже­
ние, поступающее через Q1, D3, R11. Это напряже­
ние удерживает как Q4, так и Q1 в проводящем
состоянии. Если транзистор Q4 неисправен, то за­
щита не будет блокировать работу IC1 при КЗ по
отрицательным каналам вторичных напряжений
При возникновении К3 по каналу +5 В блокировка
будет возникать только в течение промежутка вре­
мени, когда К3 действует. Источник питания будет
возобновлять свою работу автоматически после
устранения К3.
2. Чтобы выяснить причину кратковременной блоки­
ровки блока питания его необходимо подключить
к сети и искусственно создать К3 по каналу -5 В.
Проследить подачу положительного напряжения
через D4 на базу Q4. Если открывающее положи­
тельное напряжение на базу транзистора поступа­
ет, а он не переходит в проводящее состояние, то
Q4 неисправен и требуется его замена.
лизатора на ZIC1 и Q11.
Алгоритм поиска неисправности:
1. Непосредственная стабилизация вторичного на­
пряжения +3,3 В производится каскадом на тран­
зисторе Q11 и маломощном стабилизаторе ZIC1.
Вторичное напряжение на этот стабилизатор пода­
ется от тех же обмоток, что и на канал +5 В. Между
выводом 4 вторичной обмотки трансформатора
ТЗ и анодом одного из выпрямительных диодов
сборки SBD3 включен сглаживающий дроссель Lб.
Благодаря этому дросселю, импульсы на аноде
указанного диода имеют меньшую амплиту ду, чем
непосредственно на выводе 4 вторичной обмотки.
На катодах диодов SBD3 напряжение несколько
ниже, чем в аналогичной точке канала +5 В, но без
введения дополнительной регулировки будет
превосходить номинал, установленный в +3,3 В.
Выходной уровень канала+З,3 В регулируется час­
тичным разрядом положительной обкладки кон­
денсатора 04 через транзистор Q11 при подключе­
нии ее к источнику отрицательного напряжения,
образованного выnрямит�::льным диодом D31
и конденсатором С28
2. Для проверки работы стабилизатора следует уста­
новить различные нагрузки по каналам +5 и+3,3 В.
Для этого надо подключить к выходу канала +5 В
резистивную нагрузку с номиналом ""1,5 Ом и об­
щей мощностью 20 Вт. К выходу канала +3,3 В
присоединить резистивную нагрузку 3 Ом мощ ­
ностью 4 Вт. В таком режиме разбаланса нагрузок
энергии по каналу +5 В поступает больше, чем по
цепи +3,3 В. При нормальной работе стабилизатора
9-717
65
ИМПУЛЬСНЫЕ ИСТОЧНИКИ
ПИТАНИЯ ПЕРСОНАЛЬНЫХ
КОМПЬЮТЕРОВ ТИПА АТ/ХТ
Совершенствование персональных компьютеров и используемых в них ис­
точников электропитания происходило постепенно и параллельно. Появле­
ние новых функциональных возможностей у вычислительных средств немед­
ленно отражалось на моделях. источн1,1ков питания. Компьютеры АТХ
форм-фактора имеют возможность установки дежурного режима для дис­
танционного включения и отключения вычислительного средства. В этом ре­
жиме компьютер практически не потребляет энергии от первичной сети.
Обеспечение электропитания вычислительного средства в этом случае осу­
ществляет вспомогательный, относительно маломощный источник, вклю­
ченный в состав импульсного блока питания. Эта особенность работы блока
питания компьютеров АТХ конструктива рассмотрена в предыдущей главе
достаточно подробно. В более ранних модификациях блоков питания для ПК
не было этого дополнительного канала питания. Кроме того, их структурное
и схемотехническое построение имело некоторые существенные особенно­
сти по сравнению с более поздними моделями источников питания. В источ­
никах для АТХ конструктива значительные изменения были внесены в по­
строение силового каскада и мпульсного преобразователя и систему
питания схемы управления. В данной главе будут рассмотрены основные
принципы функционирования импульсных блоков питания для компьюте­
ров типа АТ/ХТ. У различных фирм-производителей отдельные узлы данных
источников подвергались схемотехническим модификациям. При описа­
нии базовой схемы будут проанализированы подходы построения этих уз­
лов и даны фрагменты принципиальных схем отдельных каскадов.
66
Основные технические характеристики
3.1. Основные технические
характеристики
Существует зависимость распределения токовой
нагрузки между вторичиыми напряжеииями и допу­
стимым уровием их стабилизации. Так, например,
к схеме блока питания предъявляются следующие
требования: выходное напряжение +5 В должно ме­
няться не более чем на 0,5% при колебаниях нагруз­
ки от 25 до 100% по этому каналу и постоянной
величине нагрузки по остальным каналам, поддер­
живаемой на уровне 25% от максимальной. При
нагрузке от 50 до 100% всех вторичных каналов,
кроме +5 В, величины их напряжений не должны
изменяться более, чем на 0,1%, при сохранении
нагрузки no каналу +5 В на уровне 25% от макси­
мальной.
Параметры источников литания, общие для всех
типов:
Источник питания подобного типа построен по схе­
ме импульсного преобразователя напряжения с бе­
странсформаторным под1<лючением к питающей
сети. Он выполняет преобразован�1е переменного
сетевого напряжения в постоянные с различными
заданными номиналами и допусками. Гальваничес­
кая развяз1<а вторичных цепей питания и питаю­
щей сети обеспечивается импульсным трансформа­
тором преобразователя напряжения.
Электропитание цепей системного блока персо­
нального компьютера типа АТ/ХТ осуществляется
постоянными стабилизированными напряжения­
ми с номинальными уровнями +12, +5, -12 и -5 В.
Последние мод1iфикации системных плат АТ комnь·
ютеров содержат элементы, требующие для питания
напряжений 2-3,6 В. Эти напряжения вырабатыва­
ются интегральными стабилизаторами, установлен­
ными непосредственно на системных платах, а не
сетевыми импульсными преобразователями напря­
жения.
Отдельные позиции технических характеристик
для блоков питания АТ компьютеров соответствуют
параметрам, приведенным в разделе 2.1, I< которому
можно обращаться за более подробной информаци­
ей по основным параметрам блоков питания персо­
нальных компьютеров. В настоящем же разделе бу­
дут приведены наиболее общие пользовательские
характеристиt<и.
Каждая фирма-производитель импульсных бло­
ков питания выпускает серию преобразователей
с различной мощностью вторичных цепей. Макси­
мальная мощность указывается в полном наимено­
вании исто•шика. Например, в блоке питания мар­
ки LPS-02-200M (Level power supply) цифра 200
обозначает суммарную максимальную мощность
вторичных цепей питания. типовой ряд блоков пи­
тания, их характеристики и распределение токов
нагрузки для каждого номинала выходного напря­
жения на примере модификаций изделий LPS-02
приведен в табл. 3.1.
Номиналы и номенклатура вторичных постоян­
ных напряжений стандартизованы. Значения вы·
ходных напряжений фиксированы и 1<акие-либо
ручные регулировки исключены. Из табл. 3.1 сле­
дует, что самыми нагруженными каналами вторич­
ных напряжений являются выходы +5 и +12 В. По­
этому система стабилизации построена таким
образом, чтобы слежение за выходными напряже­
ниями вторичных цепей производилось по состоя­
нию самых нагруженных каналов.
• номинальные значения входных переменных
напряжений - 115 и 220 В;
• рабочий диапазон для первичных напряжений:
- для 115 В - 90-135 В;
- длЯ 220 В - 180-265 В;
• диапазон частот первичного питающего напря­
жения - 47-63 Гц;
• максимальный уровень пульсаций по вторич­
ным каналам, от номинального уровня напря­
жения - не более 0,1%;
• общий КПД блока питания - не менее 75%;
• сопротивление изоляции между входами пер­
вичной сети и общим проводом вторичных ка­
налов - не менее 10 МОм;
• уровень сигнала •питание в норме• - ТТЛ (ак­
тивный - высокий);
• задержка появления сигнала •питание в нор­
ме• - 100-500 мс;
• минимальное время сохранения уровней
выходных напряжений после выключения 20 мс;
• диапазон рабочих температур - 0-50 •с.
В состав блоков питания системных модулей
компьютеров включены узлы для защиты силовых
элементов схемы импульсного преобразователя от
короткого замыкания по всем вторичным каналам
и •�резмерного неконтролируемого повышения вто­
ричного напряжения. Механизм срабатывания
электронной защиты предусматривает блокировку
фующионирования схемы управления и им11ульс­
ноrо преобразователя. После включения блокиров­
ки ее действие будет продолжаться до устранения
причины короткого замыкания и повторного вы­
ключения/включения блока питания. Обязатель­
ным элементом защиты в блоке питания является
предохранитель, установленный по одному из вход­
ных nотенциальных_nроводников первичной сети.
67
Конструкция блока питания
Таблица 3.1 Типовой ряд блоков питания
Наименование
блока
Максимальная
вторичная мощность, Вт
Вторичные напряжения
питания, В
Максимальный
ток нагрузки, А
LPS - 02 -155
155
+5
+12
-5
-12
+5
+12
-5
-12
+5
+12
-5
-12
+5
+12
-5
-12
+5
+12
-5
-12
15
LPS - 02 -180
180
LPS-02-200
200
LPS- 02-230
230
LPS - 02. -250
250
б
0,5
0,5
20
б
0,5
0,5
20
8
0,5
0,5
23
8,5
0,5
0,5
24
9,5
1,0
1,0
правило, на одном радиаторе устанавливается не­
с1<олько элементов, работающих в раз11ых цепях
блоЮ1 питания. Напряжения на корпусных элект­
родах этих элементо�t также разJJичны. Поэтому
крепление на общем радиаторе производится через
теnлоnроводящие изолирующие nроКJJадки.
Приборные части разъемов для подключения се­
тевого электропитания размещены на одной 601<0•
вой стенке корпуса с вентилятором. Один из разъе·
мов - сетевая вилка типа IEC320 с тремя ножевым�,
контактами, второй - аналогичная по конструкцю
розетка на три контакта. Два контакта 1Саждоrо и:
разъемов используются для передачи напряжени:
питания, а через третий, средний 1сонтакr осуществ
ляется заземление корпуса блока питания.
Отличие блоков питания компьютеров АТ/Х'
от источников питания дJ1я модулей АТХ фор�
фактора заключается в наличии дополнительноr
кабеля соединения с сетевым выключателем. В бл<
ках для компьютеров АТХ стандарта такой кабе;
отсутствует, питание в них вводится через nрибо
ную вилку, закрепленную на корпусе преобразоват
ля, и сразу 1юдается на кас1с.ады электронной схем
Первичное подключение сети к источникам АТ/)
модулей производится через аналогичную вил�
но далее кабелем подводится к сетевому выкл Ю'­
телю. Через сетевой выключатель напряжен
На корпусе каждого блока питания закреплена
этикетка с указанием его конкретной модифика­
ции и краткие сведения о характеристиках источ­
ника. Как правило, маркировка дополняется сведе­
ниями о параметрах семейства преобразователей,
к которому принадлежит данное изделие.
3.2. Конструкция
блока питания
В состав блока питания для системного модуля
персонального 1сомпьютера входят: металлический
корпус, печатная nJJaтa с устаноJ1ленными на ней
компонентами электронной схемы, вентилятор, два
трехконтактных разъема для подключения к первич­
ной питающей сети. Печатная плата и веtпилятор
размещены в полости корпуса. Лопасти вентилято­
ра закрыты металлической сеткой или решет1сой
для предотвращения попадания предметов в его
рабочую зону. Направление воздушного потока из внутренней 11олости блока питания наружу.
Компоновка электронных элементов на печат­
ной плате обеспечивает улучшенное охлаждение
силовых элементов воздушным потоком, создавае­
мым вентилятором. Элементы, наиболее n�двер­
женные разогреву, размещены на радиаторах. Как
68
Структурная схема
питания подается на входные цепи электронной
схемы преобразователя: и на розетку, установлен­
ную на корпусе блока питания:. Сетевая розетка
служит для: транзита сетевого напряжения . Наибо­
лее часто к ней подключается: монитор компьютера.
Включение импульсного блока питания происхо­
дит при замыкании контактов сетевого выключате­
ля, вь11<лючение - их размыканием. Размыканием
контактов сетевого выключателя напряжение пер­
вичной сети снимается: с входных клемм блока пи­
тания и транзитной розет1<и. Кабель, подводимый
к сетевому выключателю от блока питания, состо­
ит из четырех проводов, помещенных в общую изо­
лирующую трубку. Токоведущие проводники l(абе­
ля заканчиваются лепестками, которые надеваются
на ножевые 1<онтакты сетевого выключателя. Рас­
положение сетевого выключателя на блоке жестко
не определено. Он может быть установлен на лю­
бой 11з боковых стенок настольного 1сорпуса типа
DESKTOP. На корпусе типа TOWER сетевой вык­
лючатель, как правило, выведен па его переднюю
панель.
Через отверстие в корпусе блока питания выве­
ден жгут проводников каналов вторичных постоян­
ных напряжений. Проводники можно условно раз­
делить на три группы в соответствии с числом
модификаций и назначением розето1с разъемов,
подключенных к проводникам каждой группы.
Первая группа проводников предназначена для
подачи электропитания на системную плату. Про­
водники подключены к контактам двух идентич­
ных разъемов, имеющих маркировку Р8 и Р9.
Розетки разъемов имеют •ключ•, ис1<Лючающий
неправильный монтаж к ответным приборным час­
тям материнской платы. При подtслючении к плате
разъемы устанавливаются таким образом, что «об­
щие� проводники (черного цвета) обоих разъемов
располагаются рядом. Именно такое положение
разъемов на плате является правильным. Номера
1<онтактов и назначение проводников в разъеме Р8
следующие: (1) сигнал <-:питание в норме•; (2) +5 В,
(3) +12 В; (4) -12 В; (5), (6) •общий� провод.
Разъем Р9: (1),(2) •общий� провод; (3) -5 В; (4),
(5), (6) +5 в.
Вторая группа проводников разведена на четы­
рсхконтактные розетки, предназначенные для
подключения к периферийным устройствам. Тип
розеток - АМР 1-480424-0 либо MOLEX 898104Р. Разводка контактов у этих розеток полностью
идентична и имеет следующее назначение: (1) +12 В;
(2), (3) общий; (4) +5 В.
Третья, последняя, группа проводников подво­
дится 1< конта1<Там разъемов типа АМР 171822-4.
Эти розетки соединяются с ответными частями
разъемов, установленных на приводах гибких
маrнитных дисков. Они имеют следующую развод­
ку: (1) +5 В; (2), (3) общий; (4) +12 В.
Цветовая мар1сировка одноименных то1<0веду­
щих проводников вторичных каналов следующая:
+5 В - красный, +12 В - желтый, -5 В - белый, 12 В - синий, общий провод вторичной цепи - чер­
ный, сигнал •питание в норме� (POWERGOOD
или PG) - оранжевый.
При установке источника питания в системный
модуль разъемы подключения сетевого напряже­
ния и вентилятор имеют выход на заднюю стенку
бло1<а. Для выбора рабочего уровня: входного на­
пряжения на блоке питания установлен переключа­
тель - селектор напряжения. Он также находится
на задней стенке блока и доступ к нему постоянно
открыт. На движке переключателя нанесена циф­
ровая мар1<Ировка для каждого положения.
3.3. Структурная схема
Структурная схема импульсного блока питания
для 1<омnьютеров типа АТ/ХТ, содержащая типо­
вой набор функциональных узлов, представлена
на рис. 3.1. Модификации бло1сов питания могут
иметь различия только в схемотехнической реали­
зации узлов с сохранением их функционального
назначения.
На структурной схеме, приведенной на рис. 3.1,
указано наименование узлов совместно с позици­
онным обозначением основных элементов, на кото­
рых выполнен данный каскад или узел. Позицион­
ное обозначение соответствует принциnиаJJьной
схеме базовой модели импульсного блока питания.
Логические связи на структурной схеме показаны
стрелками, 1<оторые указывают направление пере­
дачи сигналов, воздействий .или подачу напряже­
ний питания.
Блок питания, соответствующий данной струк­
турной схеме, выполнен по схеме ВЧ преобразова­
теля с внешним возбуждением.
Первым каскадом, на 1<оторый поступает первич­
ное переменное напряжение, является nомехоnодав­
ляющий индуктивно-ем1<остный сетевой фильтр
НЧ. Он )"становлен для ограничения влияния по­
мех, nрони1сающих через входные цепи из питаю­
щей сети, на работу ВЧ преобразователя. Появление
помех в сети может отразиться на выходных харак­
теристиках вторичных постоянных напряжений,
вырабатываемых блоком питания. Если бы входной
НЧ фильтр отсутствовал, то все помехи, возникаю­
щие в сети, трансформировались бы во вторичные
цепи. Природа их различна, поэтому по каналам
вторичных напряжений пришлось бы устанавли­
вать дополнительные элементы, исключающие воз­
действие помех на электронные схемы нагрузки.
69
Структурная схема
Се,екmор
6хо9мого
NOrtpQЖeнuA
(S 1)
Cemee>oo
c;,u,omp
(С1. Т1)
r,---------------------i
1 ВЧ npeo6po30e>omeJь
:
Полумосmое.оо
,--------,
ycuлumeno
Имnynoct-1010
мowиocmu,
mронсс;,ормоmор
схема
(Т4)
ollmoюnyc,<o
(06 07)
1
e"npo ...umeno
{05 - 08}
1
:
1
1
1
1
1
L---------------- ----�
Промеж:уmочж,о
uмnynoc�e10
yc:u.1-ume,o
(03, 04 Т2)
б,о�
601npciмumeJ1eO
(SB01, S802,
019 - 022)
�е•
ynpoll•eнu•
(rc 1)
&•о•
c;,u-ьmpo6
(L1 - L4,
С23 - С30)
У�ел зowumo ----­
u 6•a•upollмu
(r3, R13,
R14 01)
+5 В
Beнmunamop
A
FN 1
Формuроt'юmеJь
сuсно.-о
"numoнue
11 морме" (07)
+12 8
-5 В
-12 8
PG
Рис. 3.1. Структурная схема блока питания для компьютеров типа АТ/ХТ
на 115 В и обратно. При этом не происходит пе�:
ключения обмото1< трансформаторов, для корре
тировки коэффициента трансформации, и все с
тальные цепи блока литания не изменлюкя.
Рассматриваемый блок литания не имеет кас1
да автогенератора, способного обеспечивать 1
дельные ВТОрИЧНЫе цепи ПОСТОЯННОЙ ПОДПИТI<
электрической энергией. Поэтому в состав ло.
мостового усилителя мощности входит схема ав
заnус1Са, осуществляющая первоначальную под:
импульсов управления для запуска усилителя м<
ности. Особая конструкция трансформаторных
пей и 11олумостовоrо усилителя создает условия .
кратковременной подачи литания на узел упf
ле11ия после подкJJючения блока литания к перЕ
ной сети. Временного интервала начального за,
ка оказывается достаточно для установки реж
стабильной rенерацин импульсных последова'I'
ностей, возбуждающих силовой каскад, на вы,
узла управления. Узел управления формирует
следовательности особой формы, усилен11е коте
приводит к появлению трехуровневого сигнал
обмотках силового импульсного трансформаr
включенного в диагональ nолумостового усил
ля мощности. Вторичные низковольтные обм
силового импульсного трансформатора нarp,Y)I
на диоды SBD1, SBD2, D19 - D22 блока вы
мителей. Для выпрямления импульсных сип'
Высоrсочастотныti преобразователь является
усилителем сигналов, которые вырабатываются
схемой управления. Мощные брос1ш тока, возника­
ющие в моменты коммутации силовых элементов
УМ, вызывают появление ломеховых сигналов
в первичной цели ПН. Входной сетевой фильтр
препятствуют распространению этих помех через
питающую сеть, ограничивая или полностью по­
давляя их.
Выход сетевого фильтра подключен к вып рями­
телю, который сначала преобразует переменное на­
пряжение в униполярное, пульсирующее и затем
сглаживает его. Сглаживание выпрямленного на­
пряжения происходит электролитическими конден­
саторами, также входящими в состав выпрямителя.
Схемотехника блоков литания предусматривает их
использование в регионах, отличающихся стандар­
тизованными уровнями напряжения первичной
сети. Для возможности работы блока питания при
разных уровнях питающего напряжения в блоI< вве­
ден специальный переключатель - селектор вход­
ного напряжения SW. Коммутацией переключате­
ля производится модификация цепей ceтenoro
выпрямителя и элементов сrлаживающеrо фильт­
ра. Смысл реконфигурации входных цепей заключа­
ется в том, чтобы обеспечить постоянный уровень
напряжения на силовом каскаде преобразователя
при изменении уровня напряжения литания с 220
70
Принципиальная схема
напряжения посредством уменьшения длительнос­
ти управляющих импульсов приводит к ограниче­
нию энергии, подаваемой на нагрузку.
В процессе эксплуатации блока питания могут
возни�<ать нештатные ситуации, в результате кото­
рых выходы каналов вторичных напряжений ока­
жутся в состоянии перегрузки или КЗ. Организа­
ция системы защиты построена на различном
подходе к оценке последствий воздействия КЗ на
цепи основных и вспомогательных каналов вторич­
ных напряжений. Для активизации защитного ме­
ханизма блокировки по каналам отрицательных
вторичных напряжений используются диодно-ре­
зистивные датчики узла защиты и блокировки.
Слежение за перегрузкой по оцювным ,каналам
осуществляется с помощью отдельного l(аскада, по­
строенного на специальном импульсном трансфор­
маторе. Датчик на импульсном трансформаторе
имеет большую инерционность, чем датчики фик­
сации КЗ отрицательных каналов. Это объясняет­
ся увеличением времени, требуемого для правиль­
ной оценки процесса, который развивается в этом
или обоих основных вторичных каналах. Принцип
действия всех элементов защиты одинаков и на­
правлен на прекращение работы узла управлеция,
а также на блокировку активных элементов сило­
вого каскада преобразователя. Выпрямленное на­
пряжение первичной сети продолжает поступать
для питания силового каскада, но коммутация
транзисторов прекращается, предотвращая их от
повреждение нарастающим током.
Процесс инициализации схем материнской платы
компьютера начинается не после подачи питающего
напряжения, а при получении внешнего сигнала
высокого лоrическоrо уровня •питание в норме�.
Это единственный служебный сигнал, который по­
дается от бло1<а питания внешним устройствам.
Появление высокого уровня на сигнальном выходе
•питание в норме• происходит с задержкой отно­
сительно выхода вторичных напряжений на номи­
нальные уровни. Временной интервал задержки
жестко не регламентирован, находится в диапазоне
от 100 до 500 мс и устанавливается в схеме резис­
тивно-емкостными элементами.
применяются специальные дис1<ретные диоды и мат­
рицы диодов с малым временем восстановления об­
ратного сопротивления. Выпрямители самых мощ­
ных каналов, то есть для вторичных напряжений
+5 и +12 В, вьшолнены на матрицах, в состав кото­
рых входит по два диода. Для остальных каналов
использованы дискретные элементы - диоды
D19 - D22. Для ускоренного рассасывания избы­
точных зарядов в диодных структурах после изме­
нения полярности импульсного входного сигнала
параллельно выпрямительным элементам подклю­
чаются ускоряющие резистивно-емкостные цепи.
Сглаживание и фильтрация импульсных сигналов
производится на однозвенных LC 1<аскадах бло1<а
фильтров.
В режиме устойчивой коммутации силовых
транзисторов уровень энергетической мощности,
поступающей во вторичные цепи, зависит от степе­
ни нагруженности 1<аналов постоянных напряжений.
Стабилизация значений вторичных напряжений вы­
полняется системой автоматического регулирования.
Датчики контроля уровня энергии, поступающей
во вторичные цепи, входят в состав узла защиты
и блокировки. Они под1<nючены к выходной цепи
канала +5 В. Сигнал обратной связи, вырабатывае­
мый узлом защиты и блокиров1<И, подается в узел
управления блока питания. Основным элементом
узла управления является формирователь ШИМ
сигнала на микросхеме IC1. Внутренний источни1<
микросхемы IC1 вырабатывает стабилизированное
напряжение, используемое измерительными каска­
дами в качестве опорного. В рассматриваемом блоке
питания применен принцип групповой регулировки
выходных напряжений. Регулировка значений вто­
ричных напряжений +12, -5 и -12 В производится
косвенно по оценке состояния напряжения в кана­
ле +5 В. В связи с этим для устойчивой работы бло­
ка питания и поддержания значений вторичных
напряжений в заданных пределах необходимо со­
блюдать баланс нагрузок по выходным каналам.
Самая большая токовая нагрузка должна быть все­
гда у канала +5 В. Регулировка выполняется после
сравнения этого напряжения с уровнем опорного
напряжения. Формирователь ШИМ сигнала выра­
батывает импульсные последовательности, частота
которых поддерживается постоянной, а длитель­
ность импульсов управления варьируется в зависи­
мости от состояния вторичных каналов. Если вы­
ходное напряжение падает ниже уровня опорного,
то узел управления формирует сигнал воздействия
на схемы усилителей как промежуточного, так и си­
лового каскада на транзисторах Q5 и Q6 для уве­
личения уровня энерr�1и, подаваемой во вторичные
цепи. Реакция элементов управления на повыше­
ние вторичного напряжения обратная. Превыше­
ние выходным напряжением величины опорного
3.4. Принципиальная схема
Импульсные источники питания данного класса
имеют несколько различных модификаций схемо­
техничес1сой реализации отдельных вспомогатель­
ных узлов. Принциnиа.11ьных различий в их рабочих
характеристиках нет, а разнообразие объясняется
множеством производителей блоков питания. По­
этому при описании узлов и IGiCJЩЦOB ИСТОЧЯИl(ОВ
питания и особенностей их функционирования бу­
дут также приведены и графические иллюстрации
71
�
):::,
::r:
�
:::х:
�
)°;
):::,
Принципиальная схема
вариантов их исполнения. Для подробного обсуж­
дения принципа построения и функционирования
блока питания компьютеров типа АТ /ХТ в каче­
стве базовой выбрана модель, принципиальная схе­
ма которой показана на рис. 3.2 .
На принципиальной схеме не показан сетевой
выключатель, так как он относится к системному
модулю компьютера. В самом блоке питания по
входу первичной электрической сети установлен
предохранитель - необходимый элемент системы
защиты. Предохранитель предназначен для отклю­
чения имnульсноrо источниr<а питания от питающей
сети при возникновении в нем неисправностей и не
используется для сохранения работоспособности
акт11вных э11еме11тов источниt<а питания, та1< как
обладает высокой тепловой инерционностью. Про­
цессы пробоя развиваются лавинообразно, оста­
новить их может только электронная защита.
Предохранитель способен лишь предотвратить ·
лавинообразное нарастание процесса, который раз­
рушает конструктивные элементы блока питания
и повреждает проводники печатной платы.
Терморезистор TR1, также подключенный no
входу первичной цепи, имеет отрицательный 1<оэф­
фициент сопротивления. Этот элемент имеет мак­
симальное значения сопротивления в холодном со­
стоянии, то есть в момент включения источника.
Основным назначе1шем терморезистора TR1 явля­
ется ограничение пускового тока, протекающего по
входной цепи блока питания. При включении ис­
точника питания возникает скачок тока, так как
конденсаторы сглаживающего фильтра С10 и С11
в начаJJьный момент времени не заряжены и их со­
противление крайне мало. По мере их заряда уро·
венъ тока, протекающего по входным целям блока
литания, постепенно снижается. Под действием
тока терморезистор TR1 медленно разогревается,
а ero сопротивление снижается. После выхода на
рабочий режим сопротивление TR1 имеет значение
десятых долей Ома и практически не влияет на об­
щие энергетические показатели блока питания.
После терморезистора и предохранителя в пер­
вичную цепь источника питания включен сетевой
фильтр. В конструкции фильтра использованы эле­
менты, которые должны обеспечивать значитель11ый уровень затухания помех, nроню<ающих в ис·
точник питания и исходящих из него. В отсутствие
сетевого фильтра блок питания можно применять
только в идеальных условиях, при полном отсут­
ствии приборов, способствующих возникновению
помех. Но даже в этом случае целесообразность его
установ1<И вполне оправдана, так как фильтр зна­
чительно ограничивает уровень паразитных коле­
баний, проникающих в сеть от самого источника
с импульсным преобразователем. Конструкцию
72
входного фильтра расс1.Jитывают из условий. обес­
печивающих работу блока питания при кратковре­
менных бросках и лрова.11ах сетевого напряжения.
Стандарт отечественной сети переменноrо тока до­
лус1сает изменение нанряжения в диапазоне 22 0 В
±15%. Но стандарт не может предусмотреть уров­
ней кратковременных импульсных помех, источ­
ником которых являются приборы и устройства
на основе электродвигателей, электромагнитных
пускателей. Импульсные помехи от таких прибо­
ров могут проникать во вторичные цепи источни­
ка питания и оказывать негативное влияние на
функционирование нагрузочных эJJементов. На­
личие входного фильтра способствует устранению
или значительному ослаблению влияния внешних
помех на работоспособность блока питания и эле­
ментов нагрузки, подключенных к его вторичным
цеnям.
Помехоподавляющий фильтр прелставляет со­
бой звено П-пша, состоящее из конденсаторов
С1 - С4 и дросселя Т, две обмотки 1<отороrо намо­
таны в одном направлении на общий сердечник из
материала с высоким значением магнитной прони­
цаемости. Обмотки имеют одинаковое количество
витков. Конденсаторы СЗ и С4 включены последо­
вательно, точка их соединения подключается к кор·
nусной клемме блока питания. В отечественной
сети выполняется заземление нулевого провода
и поэтому точка соединения обязательно должна
подключаться через корпус к «нулю�>. Таким обра­
зом, один из конденсаторов СЗ, С4 оказывается за­
шунтирова11ным, а второй подключается парал­
лельно конденсатору С2 . Если корпус источника
литания с таким фильтром оставить без подключе­
ния к защитному �нулю>), то в средней точ1<е емко­
стного делителя образуется напряжение, равное
половине входного питающего напряжения.
Емкостное сопротивление конденсаторов С1
и С2 фильтра на частоте питающей сети достаточ­
но боJJьшое и составляет nримерtю 145 кОм. Такое
сопротивление не оказывает заметного влия.ния на
помехи с частотой, близкой к частоте промышлен­
ной сети. Импульсные же помехи, имеющие сле1<тр
от десятков киJJоrерц до нескольких мегагерц, за­
мыкаются через малое сопротивление этих кон­
денсаторов, и поэтому происход�rrзначите.льное сниже­
ние их уровня. Полностью нейтрализовать помеху,
проникающую из сети, одними конденсаторами не
удается, и для более глубокой фильтрации приме­
няется инду1стивный элемент - дроссель Т1. По
конструкции и техническому смыслу дроссель Т1
больше похож на трансформатор, поэтому в специ­
а.1,ьиой литературе иногда его называют нейтрали·
зующим трансформатором. Каждая из обмоток дрос·
селя включена в цель nотенциальноrо проводника. П<
i�
1
....J
....
1�
:i::
11J:::
�
F1
250V JA
Е1
u-
С1
220 нФ
~220/1 IOV
!-,u
!'-J
-s1
�,
R12
330
�
С7
f1ox2sв
:s:
i:
�
':::j
оо
ст
а
�
о
::i
:,.:
:о
Т3
R19
1 � W1
D3
1� 414 8
?�
R3 - 270
1
0
1N4l48
в
-
0--fE
D2
IN◄\48
-5В
А733
R1
R4
Сб
04
е 9, 1К j
1N4148 10к258
02
t-()С945
1N414B
D1б
f"R\55
05
2SC3039
D17
FR1 55
т
к
e5,1К
R23
1,5К
1
�J.gк
03
�о
W1
R32 i
100 28m
:• W5
4
\
R
.,.П
Сl б
2
1
1
1 012
FR!02 1
1
R31
22
D!9 FR102
{
R24
3,9К
-
D20 FR!02
г·-�
:
j:
SBD2
.
elt CTL22S
W◄\ •
'
,
L3
'
:
'
1.4
1
L
RB
5,IK
D23
D13
FR102
04
С945
D24
1N41 4 8
D25
1N4148
ос
1
R42
сзо 270
1
... li1
1N4148 f
-5V
1
'
'
-
R7
1 5,1К
.I.
+5V
:
С22 4_ R
36
10х25В Т 5,1К
- 1 28
1. (lj'::::!
SBD1
СТ8341А
R39
l1 С23С24С25С2б 100
D18
f"R1 02
С17 1. С18
I 2.2х50В Iiooй58
1.
•
С 19
10н
;
С15
IK
CS
+58
u1х508 Rб
2К
н
С13 lx50B
--..:.i
R25 39 R28 2.2
Cl 1
330,0•2208
3
R20 W2 ,� w
1N4148
+128
R18 ф 1
220К I
С10
330,Ох220В Т2
09
:х:
<1)
•1
С2
220 "Ф
Kopnyc
1s
Q
�
�
S 1 220V 110V
TR1
R33
5,б
:::i
:�
R37
�5,1 !1 I
R28
470
07
c4q5
1
-12V
Пumo�ue
е норме
гOбщuil
С1 2
!х10В
I
-- --- -----�
1X/J. V VUИl lfИHVlИU И)IИНhОDИ
с�
::а
Q
(!)
·�
(lj
Принципиальная схема
одной из обмоток протекает ток прямого направле­
ния., по второй - возвратный ток. НаправJJение то­
ков противоположно, но их величины абсолютно
одинаковы. Токи, протекающие по каждой из обмо­
ток, будут создавать магнитные 11отоки, равные по
величине, но противоположные по направлениям.
Взаимно противоположные потоки будут компен­
сировать друг друга. Ни один из потоков не будет
преобладающим, а зна'{ит, не будет происходить
намагничивание сердечника и индуктивность об­
моток дросселя будет иметь максимально возмож­
ное значение. Это положение справедливо незави­
симо от уровня то1Са потребления блока литания.
Маrниrnые потоки, создаваемые колебаниями по­
мехи, также взаимно компенсируются. Индуктив­
ное сопротивление обмоток дроссеJ/я прямо 11роnор­
ционально частоте протекающего тока. На частоте
сети его величина относительно небоJ/ьшая, но для
высокочастотных колебаний помех она зна'{итель­
на. Затухание помех растет по мере увеличения их
частоты. Установка отдельных дросселей на каждом
отдельном проводнике будет производить зна­
чительно меньший эффект. В выпрямителе сетево­
го напряжения устанавливаются НЧ диоды. Ток,
протекающий через сетевой выпрямитель, имеет
пульсирующ�1й характер, 011редсляемый частотой
пере1<лючения силовых транзисторов импульсного
преобразователя. В моменты изменения полярно­
сти напряжения на диодах D1 - D4 выпрямителя
происходит перезарядка их внутренней емкости.
Этот процесс занимает определенный временной
интервал. Диоды, изменяющие свое проводящее
состояние на за1<рытое, не могут переключиться
мгновенно, и некоторое время остаются от1срыты­
ми. В это время одна пара диодов еще не закрыта,
а вторая - постепенно открывается и начинает про­
пускать ток. Возникают сквозные токи, которые
возбуждают кратковременные nомеховые колеба­
ния. Подавление помех такого типа выполняют
конденсаторы С2 - С4, подключенные к защитно­
му заэемJJению или •нулю•. Все конденсаторы се­
тевого фильтра рассчитаны на максимальное рабо­
чее напряжение 1 кВ.
С помощью селектора уровня входного напряже­
ния S1 выполняется переключение входной цели
б;1ока питания для работы от сетевого напряже­
ния с номинальными уровнями 220 или 115 В. Пе­
реключатель имеет только два состояния: замкнутое
и разомкнутое. Разом,rnутое состояние переключате­
ля устанавливается, когда напряжение сети равно
220 В. Контакты переключателя замыкаются для
подключения блока питания к сети с пониженным
напряжением. Естественно, что при сохранении
энергетического баланса, ток потребления и соот­
ветственно нагрузка на входные цепи источника
питания при пониженном входном напряжении
увеличивается в два раза no сравнению с режимом
работы от 220 В. Действие переключателя достаточ­
но подробно рассмотрено в главе 2 при описании
аналогичного узла источника литания для компью­
теров ЛТХ форм-фактора. Следует еще раз отме­
тить, что коммутация переключателя S1 при его за­
мыкании переводит схему выпрямителя на работу
в режиме удвоителя напряжения. Основная же цель
установки переключателя заключается в сохране­
нии уровня постоянного напряжения питания на
силовом каскаде. Когда происходит коммутация
транзисторов полумостовоrо усилителя, на силовой
трансформатор подается импульсное напряжение,
полный размах которого равен напряжению пита­
ния силового каскада. Сохранение этого напряже­
ния на неизменном уровне позволяет использовать
все эJJементы силового каскада без ка.ких-JJибо мо­
дификаций. В этом случае отпадает необходимость
применения транзисторов для силового каскада
с повышенным напряжением коллектор-эмиттер,
а также не происходит коммутации обмоток транс­
форматора для изменения коэффициентов транс­
формации.
Диоднь1й мост выпрямителя нагружен на два
электролитических конденсатора С10 и С11, вклю­
ченных последовательно, а таже на силовой каскад
импульсного преобразователя. Конденсаторы вхо­
дят в состав фильтра, сглаживающего выпрямле11ное пульсирующее напряжение. Паралл.ельно каж­
дому из конденсаторов С10 и С11 сглаживающего
фильтра включены высокоомные резисторы соот­
ветственно R17 и R18, создающие цепь разряда кон­
денсаторов при отключении источника питания 01
сети. Резисторы выбраны с такими номиналами со­
противления, чтобы не оказывать влияния на рабо·
ту ВЧ преобразователя.
Вся остальная электрическая схема блока пита
ния предназначена непосредственно для генерации
усиления импульсных сигналов и 11х nреобразова
ния во вторичные напряжения, поступающие н
элементы нагрузки. Этапы функционирования иiv
пульсноrо преобразователя приведены ниже в пос
ледовательности, соответствующей изложению 1ш
териала в главе 2.
Но прежде чем перейти к детальному раэбоr
функционирования отдельных каскадов, следу,
дать общую схему развития процессов, nроисход
щих в блоке питания непосредственно после е
включения в сеть. Именно начальный этап вклю'!
ния блоков литания для компьютеров ЛТ/ХТ 1<
ренным образом отличается от более поздних мод
фикаций, используемых в АТХ системах.
В блоке питания, схема которого представлена
рис. 3.2, нет узла, аналогичного вспомогательно
74
Принципиальная схема. ШИМ преобразователь
автогенератору АТХ преобразователя, от которого
блок управления получает первичное питание для
запуска генератора импульсных последовательнос­
тей. Поэтому одним из основных вопросов при под­
ключении к питающей сети такого источника явля­
ется обеспечение начального запуска и первичная
запитка узла управления. Решение этой проблемы
заключается в особой конструкции силового каска­
да преобразователя и, в частности, в способе под­
ключения трансформатора внешнего возбуждения
Т2 к базовой цепи транзистора QS. Вторичная: цепь
Т2 имеет три обмотки. Две из них традиционно под­
ключены к базовым цепям силовых транзисторов
Q5 и Q6, а третья - к эмиттеру транзистора Q5
и через конденсатор С15 с первичной обмоткой им­
пульсного трансформатора Т4. Базовая цепь l(аж­
доrо силового транзистора соединена со своим
кмлектором через резистор с большим сопротивле­
нием. Таким образом, через резисторы R27 и R29 на
базы транзисторов Q5 и Q6 подается положитель­
ное смещение. Благодаря этим двум особенностям
происходит полное открывание одного из силовых
транзисторов Q5 или Q6, в результате которого на
вторичных обмотках появляется импульс напряже­
ния. Этим импульсным напряжением заряжаются
емкости конденсаторов С18 и С17, образующие
Та1<0В краткий обзор работы блока питания. Да­
лее будет рассмотрено построение функциональных
уЗJJов схемы, приведенной на рис. 3.2, их особеннос­
ти и различные варианты исполнения отдельных
узлов. Существует достаточно большое число
фирм-производителей источников питания, поэто­
му не исключено, что имеющийся у вас блок будет
состоять из комбинации типовых узлов.
конденсатора С17 подключена к выводу питания
lC1/12 микросхемы ШИМ регулятора. Уровня на­
пряжения на конденсаторах С17 и С18 и энергии их
заряда оказывается достаточно для запуска микро­
схемы IC1 и получения на выходах ICl/8,11 пос­
ледовательностей импульсов. Через каскады
промежуточного усилителя, выполненного на
транзисторах Q3 и Q4, импульсы управления по­
даются в базовые цепи силовых транзисторов
QS и Q6. Возникает устойчивый колебательный
процесс переключения силовых транзисторов,
происходящий под управлением импульсов, фор­
мируемых схемой управления. Когда импульсные
колебания принимают установившийся характер,
напряжения на вторичных обмотках нарастают
до номинальных уровней, и происходит форми­
рование сигнала �питание в норме•. Далее начи­
нает действовать система слежения за выходным
уровнем напряжения канала +5 В и регулирования
поступления энергии во вторичные цепи. Если на­
грузка каналов находится в определенных преде­
лах, источник питания обеспечивает энергетичес­
кую поддержку вторичных цепей. При резком
и неконтролируемом отклонении уровня нагрузки,
приводящего к КЗ по одному из каналов, включа­
ется система блокировки схемы управления и от­
ключения силового каскада.
После подачи питания на вывод IC1/12 включа­
ются внутренние 1<аскады микросхемы ШИМ пре­
образователя. Узлом, задающим частоту следова­
ния импульсов в выходных последовательностях,
является генератор пилообразного напряжения, ра­
бочая частота которого определяется внешними эле­
ментами, соединенными с выводам ICl/5 и IC1/6.
Подключение элементов производится между общим
проводом вторичной цепи и указанными выводами.
К IC1/5 подсоединяется керамический конденсатор,
а к: IC1/6 - резистор. Частота генерации определяет­
ся значениями этих элементов и вычисляется по соот­
ношению (2.1). Для ее вычисления в том случае, ког­
да используемая схема, приведенная на рис. 3.2,
в формулу должны быть подставлены значения со­
противления резистора R21 и емкости конденсато­
ра С9. Частота, рассчитанная по формуле (2.1), при
указанных номиналах элементов, состамяет ::::34 кГц.
Пилообразное напряжение амплитудой 3 В наблю­
дается на выводе IC1/5.
Выход источника опорного напряжения +5 В
ICl/14 микросхемы TL494 подсоединен к IC1/13 разрешающему входу д,ля ее внутренних логических
элементов DD3 и DD4. Выход опорного напряжения
IC1/14 подключен также к резистивному делителю,
образованному резисторами R9 и R10. Средняя точ­
ка этого делителя соединена с входом IC1/2 -
3.4.1. ШИМ преобразователь
ШИМ регулирование силового каскада импульс­
ного преобразователя является наиболее оптималь­
ным способом управления уровнем выходного вто­
ричного напряжения источнш<а питания. Схема
широтно-импульсноrо модулятора построена на
широко распространенной ми1<росхеме типа TIA94
(позиционное обозначение по схеме, представлен­
ной на рис. 3.2, - IC1). Подробное описание и ос­
новные технические характеристики этой микро­
схемы приведены в главе 2. Раздел, посвященный �е
описанию, содержит структурную схему, представ­
ленную на рис. 2.7. Рассмотрим схему включения
ШИМ преобразователя для случая применения со­
гласно рис. 3.2. При ссылках в описании на внут­
ренние узлы микросхемы будут использованы наи­
менование и нумерация элементов микросхемы,
сглаживающий фильтр. Положительная обкладка
соответствующие рис. 2.7.
75
Принципиальная схема. ШИМ преобразователь
микросхемы TU94 и общим проводом, состоит из
набора резисторов RЗ - Rб различных номиналов.
Параллельно включенными резисторами различ­
ных номиналов подбирается точный заданный уро­
вень смещения на неинвертирующем входе внут­
реннего усилителя DA3 м11кросхемы TlA94. Схемы
включения составных резистивных делителей
встречаются довольно часrо. Точный подбор номи­
нала сопротивлений производится группой рези­
сторов не только в делителе обратной связи, но
и в делителе, соединенном с выходом опорного
напряжения микросхемы TL494. Плечи резистив­
ных делителей, составленные из набора сопротив­
лений, могут подключаться как к общему проводу
вторичного напряжения, так и между выходом
опорного напряжения TU94/12 и одним из входо�
внутреннего усилителя DАЗ.
Главное в первом варианте построения делите·
лей то, что установка начального смещения по вхо
дам DАЗ выполняется постоянными резисторам,
и поэтому такая схема регулировки выходного на
пряжения не доrтускает.
Второй вариант конструкции делителей вход
иых цепей усилителя сигнала рассогласования по
казан на ряс. 3.4.
В этой модификации постоянный уровень нг
пряжения задается на инвертирующем входе вну,
реннего усилителя DАЗ микросхемы TU94. Пщ
стройка начального уровня смещения на BXO.l!
TlA94/1 выполняется с помощl>Ю nодстросчноr
резистора RЗ. В данном случае существует возмоjj
ность подстройки выходного уровня с некоторы
произвольным допуском. В принципе подстрое•
ные резисторы так же, как и составные в предыд
щем примере, могут устанавливаться в произвол
ном месте резистивных делителей напряжени
Заводские установки положений подстроечных i;
зисторов изменять без крайней необходимости
рекомендуется.
Типовая схема включения для ШИМ преобра::
вателя типа TU94 обязательно содержит корре1<1
рующую RC цепочку, подключенную между вы,
дом IC1/3 и ICt/2 (в соответствии с нумераци,
принятой на рис. 3.2). Вывод IC1/2 - вход опорнс
инвертирующим входом внутреннего усилителя
сигнала рассогласования DАЗ. Второй вход внут­
реннего усилителя сигнала рассогласования DАЗ,
на который внешние сигналы подаются через вывод
ICt/1, присоединен к средней точке резистивного
делителя на R7, R8. Верхний по схеме вывод резис­
тора R7 подключен к выходу втори•1ного канала на­
пряжения +5 В. Номиналы сопротивлений четырех
резисторов R7 - R10 одинаковы и равны 5,1 кОм.
При номинальном уровне напряжения в канале
+5 В и стабильном уровне опорного напряжения
микросхемы IC1, входные напряжения на входах
DАЗ имеют идентичные уровни и сигнал рассогла­
сования (напряжение на выходе DA3) равен нулю.
Отклонение уровня вторичного напряжения +5 В
относительно номинального уровня будет вызы­
вать адекватное пропорциональное изменение
уровня на выходе DA3, которое передается на не­
инвертирующий вход внутреннего компаратора
DA2. На повышение уровня выходного напряже­
ния система авторегулирования будет отвечать
уменьшением длительности управляющих импуль­
сов (диаграммы 7 и 8 рис. 2.8). На выходе же DA2
в данном случае вид положительных импульсов бу­
дет соответствовать диаграмме 4 (рис. 2.8), то есть их
длителы1ость будет увеличиваться. Из этой же диа­
граммы видно, что понижение уровня выходного
напряжения вызывает уменьшение длительностей
положительных импульсов, а временной интервал
длительности выходных. положительных импуль­
сов возрастает.
В схемотехнике узла входных цепей на входе
усилителя рассогласования известно множество
подходов к выполнению конструкций делителей,
через которые подключаются опорное и выходное
напряжения вторичного канала +5 В. Приведем два
наиболее общих rтримера. Позиционные обозначе­
ния элементов для каждой схемы примеров инди­
видуальные.
Первый вариант представлен на рис. 3.3. Канал
обратной связи используется для слежения за
уровнями напряжений по вторичным каналам на­
пряжений +5 и +12 В. Плечо резистивного делите­
ля напряжения, подключенное между выводом 1
R7
8.2К
TL4-94
RI
+5V
TL494
Р4
R8
39К
R5
IOK
Rб
130К
4.7К
J.9K
+12V
R2
4. 71<
R3
2.7К -158
R5
4.71<
Рис. 3.4. Схема подключения напряжения
обратной связи (вариант 2)
Рис. 3.3. Схема подключения напряжения
обратной связи (вариант 1)
76
Принципиальная схема. ШИМ преобразователь
эмиттеров создает условия для наиболее эффек­
тивного переключения транзисторов под воздей­
с.тnием импульсов, подаваемых с выходов микро­
схемы IC1/8 и ICt/11. На базы. транзисторов QЗ
и Q4 имлульсные сигналы подаются с колле1<Торов
транзисторов, вхо1tящих в состав микросхемы IC1.
Напряжение насыщения у них составляет 0,3-0,4 В.
Импульс напряжения низкого уровня, появляю­
щийся на базе любого из транзисторов Q3 и Q4,
устанавливает на переходе эмиттер-база обратное
смещение ==1,2 В, что способствует быстрому расса­
сыван11ю избыточных зарядов в базе транзистора
промежуточного усилителя и его ускоренному пере­
ключению.
Импульсы управления на коллекторах QЗ и Q4
имеют положительную полярность. Первичная об­
мот1<а W2 трансформатора Т2 си.нфазна вторич­
ным обмоткам W4 и W3. Обмотки трансфор:-1ато­
ра Т2 включены таким образом, что импульсное
напряжение на обмотках W1 и WS лротивофазно
напряжению на W2. Следовательно, при появле­
нии на коллекторе транзистора QЗ импульса поло­
жительной полярности, открывающий импульс
наблюдается и в базовой цели транзистора Qб.
Сладом импульса заканчивается временной интер­
вал активной работы Qб, и в этот момент транзис­
тор Qб переходит в закрытое состояние.
Выходные транзисторы микросхемы 1С1 не имеют
определенных обязательных подключений эмиттер­
ных и коллекторных электродов. Это обстоятельство
позволяет изготовителям блоков питания применять
разнообразные конфигурации при построении про­
межуточных усилителей. Для дополнительного уси­
ления импульсных сигналов могут использоваться
вt1ешние no отношению к IC1 транзисторы, анало­
гичные приведенным на схемах рис. 2.2 и 3.2. Но это
также не является обязательным; существуют схе­
мы, в которых управляющие сиrnалы подаются от
ШИМ nреобразо1Зателя на согласующий трансфор­
матор без дополнительного усиления. Применение
соrласующего трансформатора для передачи имnулъ­
с111,1х сигналов от схемы управления на силовые эле­
менты преобразователя является универсальным
решением. Такой подход позволяет обеспечить галь­
ваническую развязку узла управления, подключен­
ного к вторичной цели питания, и осуществить пре­
образование сигнала управления по току. Параметры
первичных обмоток согласующего трансформатора
Т2 определяются напряжением литания каскада
промежуточного усилителя, а также схемой подклю­
чения этих обмоток к активным элементам каска­
да. Требования к характеристикам вторичных обмоJ
ток трансформатора практически не изменяются
у различных модификаций импульсных источников
nи,ания с внешним возбуждением силового полу­
мостового каскада.
напряжения усилителя рассогласования, а ICt/3 выход внутренних усилителей ошибки DАЗ и DA4.
Частотная коррекция снособствует сохранению ус­
тойчивости в работе аналоговой части ШИМ преоб­
разователя при резких перепадах уровней выхо1що­
rо напряжения +5 В. Резкое изменение выходного
уровня может быть обусловлено синхронностью
множественных переключений цифровых элемен­
тов персонального компьютера. В такие моменты
может возникнуть скачок или спад напряжения,
которые система авторегулирования лолжна булет
компенсировать. Для того чтобы в моменты пере­
ладов не возникали колебания периодичес1<ого ха­
рактера, установлены данные элементы коррекции.
Результатом работь1 микросхемы IC1 является фор­
мирование последовательно<-,ей импульсов управле­
ния силовым каскадом бло-ка питания. Схемотехничес­
кое решение поДК1IJОчения выходного транзисторного
каскада ШИМ nреобраэова1·еля 110лностью анало­
гично варианту, описанному в главе 2. Эмиттеры
выходных транзисторов микросхемы TU94 под­
ключены к общему проводу. Импульсные сип1алы
снимаются с их коллекторов через выводы ICl/8
и IC1/11 микросхемы TL494. Коллекторной на­
грузкой выходных транзисторов IC1 являются
резисторы R22 и R24 с одинаковыми сопротивле­
ниями, равными 3,9 кОм, а также базовые цели
транзисторов QЗ и Q4, входящих в состав согласу­
ющего каскала. В каскаде промежуточного усили­
теля применяются типовые транзисторы 2SC945.
Первичные обмотки W1 и \V2 трансформатора Т2,
соединенные последовательно, являются нагрузка­
ми для транзисторов промежуточного усилителя.
Начала обмоток трансформатора Т2 на принципи­
альной схеме, представленной на рис. 3.2, отмече­
ны точками. Электропитание цепей промежуточно­
го усилителя осуществляется от того же Jiсточника,
что и микросхемы 1С1. Резисторы R22 и R24 под­
ключены к накопительному конденсатору фильтра
питания Cl 7. Напряжение литания 13 коллектор­
ные цепи транзисторов Q3 и Q4 подается через по­
следовательно соединенные резистор R23, диод
D11 и обмотки W1, W2 трансформатора Т2. Диод
D11 катодом подключен к точке соединения пер­
вичных обмоток трансформатора Т2. Вид импуль­
сных сигналов на коллекторах транзисторов QЗ
и Q4 аналогичен представленному на рис. 2.10.
Импульсные последовательности одинаковы, 110
импульсы положительной полярности каждой из
них сдвинуты по времени относительно друr друга.
Эмиттеры транзисторов QЗ и Q4 объединены и под­
ключены к последовательно соединенным диодам
D24 и D25. Параллельно диодам установлен элект­
ролитический конденсатор С12. Напряжение на
эмиттерах транзисторов QЗ и Q4 поддерживается
на уровне +1,6 В. Наличие постояниоrо смещения
77
Принципиальная схема. ШИМ преобразователь
Рассмотрим три варианта схем промежуточных
усилителей, встречающихся в источниках питания
для компьютеров типа АТ /ХТ.
На рис. 3.5 представлен фрагмент схемы проме­
жуточного усилителя, выполненный с использова­
нием пары внешних транзисторов.
Особенностью данной схемы является nодКJiю­
чение дополнительных транзисторов Q1 и Q2 кас­
када nро�tежуточного усилителя к единственной
первичной обмотке согласующего трансформатора Т.
Начала обмоток трансформатора Т в данном приме­
ре показаны условно точками. Непременное условие,
которое должно соблюдаться в соответствующей схе­
ме, - это подключение вторичных обмоток согласую­
щего трансформатора к транзисторам Q1 и Q2.
Коллекторы выходных транзисторов VT1 и VT2
микросхемы TL494 подключены к шине источника
питания, а к их эмиттерным электродам присоеди­
нены резисторы R1 и R3 соответственно. В данной
конфигурации выходные транзисторы микросхемы
ТL494 работают в режиме эмиттерных повторите­
лей. При таком включении фазы импульсных сиг­
налов на эмиттерах и базах VT1, VT2 совпадают.
· Форма сигналов на эмиттерах выходных транзис­
торов соответствует, показанным на диаграммах 7
и 8 (см.рис. 2.8). Резисторы R1 и R2 последователь­
но подключены к эмиттеру VT1 и образуют дел11·
тель, к средней точке которого подключена базовая
цепь внешнего усилительного транзистора Q2. Ана­
логичная цепь образована резисторами RЗ, R4 и под­
ключена к VТ2. Средняя точка второго делителя
соединяется с базовой цепью транзистора Q1.
Структура и элементы усилительных каскадов аб­
солютно идентичны.
Эмиттеры выходных транзисторов TL494 соеди­
нены через резисторы с общим проводом. Наличие
резисторов в эмиттерных цепях VT1 и VТ2 являет·
ся фактором увеличения скорости срабатывания
активных элементов, входящих в состав импульс­
ного усилителя. Соотношение сопротивлений ре·
зисторов в делителях выбирается таким образом,
чтобы уровень напряжения на базах Q1 и Q2 ока­
зался достаточным для перевода транзисторов
промежуточного усилителя в состояние насыще­
ния. Транзисторы Q1 и Q2 открываются, когда
в эмиттерных цепях VT1 и VT2 действует импульс
высокого уровня.
Уровни сигналов на выводах 7 11 8 �fикросхемы
практически совпадают со значениями напряже­
ний на выходах логических элементов DDS и D06
(см. рис. 2.7). Импульсы управления подаются на
базы транзисторов Ql и Q2 через токозадающие ре·
зисторы RS, Rб и форсирующие конденсаторы С1
и С2, подключенные параллельно резисторам. Кон­
денсаторы С1 и С2 способствуют ускоренному рас­
сасыва11ию избыточных зарядов в базах транзисто­
ров Qt и Q2 при изменении полярности входного
напряжения. На рис. 3.6 представлены временные
диаграммы импульсных сигналов на обоих выводах
конденсатора С1. Верхняя диаграмма отражает вид.
импульсов на делителе из резисторов R3 и R4. На
средней диаграмме показана форма сигнала непо­
средственно на базе транзистора Q2. Отрицатель­
ные выбросы на второй диаграмме, появляющиеся
по спаду положительного импульса, обусловлены
действием конденсатора в базовой цепи. Форма им­
пульсных сигналов 11а конденсаторе С2 полностью
аналогична. На нижней диаграмме nр11ведена фор­
ма импульсов на коллекторах Q1 и Q2.
На диаграммах 7 и 8 (см. рис. 2.8) активный вре­
менной интервал воздействия на силовые транзис­
торы преобразователя представлен импульсами
высокого уровня. Интервалы нулевого напряжения
между ними - это паузы. Примем условно, что на
диаграммах 7 и 8 показаны последовательност11
импульсов, формируемые на выводах TL494/[
и TL494/10 соответственно. Действие имnульсо1
высокого уровня 11а выводах TL494/9,10 сдвинутс
по времени. Паузы же, представленные нулевым�
уровнями, перекрываются между собой. Если н;
одном выводе устанавливается высокий уровень, т•
на другом - обязателыю низкий. Сигнал высоко!'
U
Шul-40 numoнut1
де•umе•ь R3. R4
1
1
+
О.В в бою 01 1
03
04
Рис. 3.5. Фрагмент схемы
промежут-очного усилителя (вариант 1)
Рис. 3.6. Диаграммы напряжений
на конденсаторе С1 и коллекторе Q1
78
Принципиальная схема. ШИМ преобразователь
будет отt<рьmаться, а на базу транзистора Q4 будет
воздействовать отрицательный потенциал, повы­
шающий его степень закрывания.
Транзисторы опять переходят в одинаt<:овое
закрытое состояние, когда действие импульса вы­
сокого уровня на базовую цепь Q1 заканчивается.
Протекание тока через первичную обмотку W1
трансформатора Т прекращается. Напряжения на
его вторичных обмотках спадают до нулевого уров­
ня. Рабочие условия этого состояния полностью
повторяют ситуацию, с которой начато рассмотре­
ние функционирования данной схемы. Оно про­
должается до прихода на базу транзистора Q2
фронта положительного импульса. В этот момент
наступает третья фаза работы каскада.
На этой стадии открывается транзистор Q2,
а транзистор Q1 остается в состоянии отсечки. Вы­
вод обмотки, соединенный с коллектором транзис­
тора Q2, подключается к общему проводу питания
к.аскада усилителя. Второй вывод первичной об­
мот1<и остается соединенным с общим проводом
через резистор R8. В этом случае концы обмопш
имеют инверсное подключение к питанию и обще­
му проводу по сравнению с состоянием, в котором
они находились во второй фазе работы импульсно­
го усилителя. Путь протекания тока по цепи уси­
лителя следующий: шина питания - резистор R8первичная обмотка трансформатора Т - ч:>анзис­
тор Q2 - общий провод. Уровень управляющего
сигнала, поступающего на базу Q2, изменяется
скачкообразно. Протекающий ток оказывает воз­
действие на сердечник магнитопровода трансфор­
матора Т, в результате на его вторичных обмотках
появляются импульсные перепады напряжения.
Изменение уровней происходит относительно со­
стояния, когда на выводах обмоток присутствуют
нулевые потенциалы. Полярность импульсов про­
тивоположна той, которая устанавливалась иа вто­
ром этапе работы усилителя. На выводе обмотки
WЗ, подключенном к базе транзистора Q4, появля­
ется положительный фронт напряжения. На выво­
де обмотки W2, соединенном с базой транзистора
QЗ, напротив, перепад имеет вид спада нулевого
уровня в область отрицательных значений напря­
жения. Транзистор Q4 открывается, а QЗ сохраня­
ет свое закрытое состояние.
Переменное подключение разных выводов пер­
вичной обмотки трансформатора Т то к общему
проводу, то к шине питания создает переменный
магнитный поток в сердечнике трансформатора.
Магнитным током, возникающим в результате ком­
мутации обмоток трансформатора, наводится
ЭДС в обмотках управления силовыми транзисто­
рами преобразователя. Полная симметрия парамет­
ров элементов, установленных в каждом из транзи­
сторных плеч усилителя, исКJiючает возможность
уровня, пройдя через эмиттерный делитель, попа­
дает в базовую цепь внешнего транзистора и откры­
вает его. Эмиттеры дополнительных транзисторов
Q1 и Q2 соединены с общим проводом, поэтому им­
пульс высокого уровня переводит их в состояние
насыщения. Существует три рабочих фазы в пере­
ключении транзисторов Q1 и Q2. Причем состоя­
ние элементов, соответствующее начальным усло­
виям работы схемы, в течение полного рабочего
цикла повторяется дважды. Первая фаза начинает­
ся тогда, когда на базах обоих транзисторов дей­
ствуют напряжения низкого уровня. В это время
оба транзистора находятся в закрытом состоянии.
Ток через них не протекает. Если параметры всех
элементов транзисторных схем одинаковы, то по­
тенциалы на коллекторах Qt и Q2 также равны
между собой. Следовательно, никакой разности по­
тенциалов на вьmодах первичной обмотки W1 транс­
форматора Т не будет. Ток через нее ие протекает,
магнитного потока не создается, и на обеих вторич­
ных обмотках W2 и WЗ устанавливаются нулевые
уровни напряжения. В дальнейших рассуждениях
сделано предположение о том, что, говоря о напря­
жении на вторичной обмотке, имеется в виду вывод
обмотки, подключенный к базе силового транзис­
тора. Значение напряжения на выводе, соединен­
ном с базовой цепью силового транзистора, ука­
зывается относительно второго вывода этой же
обмотки.
Вторая фаза работы усилительной схемы начи­
нается с момента поступления на базу Q1 импуль­
са высокого уровня. Фронтом импульса высокого
уровня транзистор Q1 переводится в открытое со­
стояние. Вывод первичной обмотки W1 трансфор­
матора Т, соединенный с коллектором Q1, через
малое сопротивление этого открытого транзистора
оказывается подключенным к общему проводу вто­
ричной цепи питания. В течение всего времени дей­
ствия импульса высокого уровня на базу транзис­
тора Q1 второй усилительный транзистор, то есть
Q2, остается в состоянии отсечки. Поэтому второй
вывод первичной обмотки W1 трансформатора Т
подключен к шине питания через сопротивление
резистора R7. Выводы первичной обмотки транс­
форматора оказываются под разными потенциала­
ми. Через эту обмотку протекает ток, который созда­
ет магнитный поток в сердечнике трансформатора Т.
На вторичных обмотках наводится ЭДС, форма
которой повторяет сигнал, поданный на первичную
обмотку. Так как переключаюшим сигналом явля­
ется импульс, то и Iia вторичных обмотках появля­
ется импульс напряжения. В результате появления
низкого уровня напряжения на коллекторе тран­
зистора Q1, на базе QЗ возникнет положитель­
ный скачок, а на базе Q4 появится спад напряже­
ния отрицательной полярности. Транзистор QЗ
79
Принципиальная схема. ШИМ преобразователь
Образовывался делитель, состоящий из сопротивле­
ню1 резистора и индуктивного сопротивления пер­
вичной обмотки. В схеме, приведенной на рис. 3.7,
подобный эффект не наблюдается, и размах наnря­
жен ия на коллекторах выходных транзисторов
даже несколько превышает уровень питающего на­
пряжения. Для защиты транзисторов от перенапря­
жения, возникающего при работе на индуктивную
нагрузку, между шиной питания и коллектором
каждого транзистора установлено по диоду - D1
и D2. Аноды диодов подключены к J<оллекторам
транзисторов, а катоды - к шине питания J<аскада.
Бот)шую часть рабочего цикла транзисторы нахо­
дятся в закрытом состоянии, которое nоддержнва­
ется низким уровнем напряжения на их базах, что
видно из диаграмм 7 и 8 (см. рис. 2.8). Импульсы
управления положительной полярности подаются
на каждый из транзисторов со смещением по вре­
мени. Когда на базу VT1 воздействует импульс вы­
сокого уровня, он открывается и переводится в на­
сыщение. В течение всего времени действия этоrо
импульса на базе VT1 второй транзистор выходно­
го каскада - УТ2 - остается в закрытом состоянии.
Ток протекает только через открытый транзистор
VT1 и первичную обмотку W 1 трансформатора Т.
Резкое изменение тока, nротекающеrо через обмот­
ку W1, вызывает возникновение маrнитноrо пото­
ка, результатом действия которого будет возбужде­
ние ЭДС в обеих вторичных обмотках. Обмотка
W1 включена синфазно с вторичной обмоткой W 4.
На выводе обмотки W4, подключенной к базе си­
лового транзистора Q2, появляется импульс ЭДС
положительной полярности. Так как обмотка W3
в1U1ючена nротивофазно обмотке W4, то на ней
в этот момент импут,с ЭДС будет иметь отрица­
тельную полярность. Появление импульсных сиг­
налов на вторичных обмотках трансформатора Т
приходит на смену состоянию покоя, так как в те­
чение действия нулевых уровней на базы транзис­
торов VT1 и VT2 напряжения на вторичных об­
мотках соrласующеrо трансформатора Т равны
нулю.
С окончанием действия положительного им­
пульса на базе транзистора VT1 схема усилителя
вновь попадает во временной интервал формирова­
ния сигнала паузы между управляющими импуль­
сами. Напряжения на втор11чных обмотках опят�:
принимают нулевое значение. Оно сохраняется де
прихода следующего управляющего импульса
Если на лредьщущем этапе подача импульса на тран
зистор VТ1 вызывала открывание транзистора Q2
то следующий импульс будет поступать на баз:
транзистора УТ2, работа которого оказывает воз
действие на второй транзистор лолумостовоrо уси
лителя мощности. По фронту импульса открываете
перемапшчивания сердечника трансформатора.
Исто•1ник формиро.вания импульсов управления
единый для усилительных трактов транзисторов
Q1 и Q2, что также обеспечивает равномерность
протекания токов в каждом из направлений за каж­
дый полный цИJC.ll работы каскада.
Рассмотренная выше схема промежуточного
усилителя имеет дополнительные транзисторы (по
отношению к ба.зовой схеме TL494), но существу­
ют варианты исполнения такого каскада, rдс ис­
пользуются только внутренние элементы инте­
грального ШИМ преобразователя. Фрагмент схемы
одного из вариантов представлен на рис. 3.7.
На этой схеме подключение согласующего транс­
форматора выполнено непосредственно к транзис­
торам VТ1 и VT2, входящим в состав микросхемы
TIA94. Выходные транзисторы включены по клю­
чевой схеме. Эмиттеры обоих транзисторов соеди­
нены с общим проводом. Их коллекторы нагру­
жены первичными обмотками трансформатора Т.
Обмотки включены последовательно, точка соедине­
ния выведена на шину питания микросхемы TL494.
Подключение трансформатора Т должно быть обяза­
тельно выполнено в соответствии с рис. 3.7. Начала
обмоток трансформатора на рисунке обозначены
точками. Еще одна важная особенность использо­
вания трансформатора в схеме на рис. 3.7 заключа­
ется в том, что его обмотки подключаются между
коллекторами выходных транзисторов и шиной
питания без резисторов, ограничивающих ток через
транзисторы. Индуктивное сопротивление первич­
ных обмоток на частоте работы преобразователя
должно быть достаточно высоким, чтобы чрезмер­
но большой ток коллектора нс повредил структуру
выходных транзисторов.
В двух предыдущих схемах промежуточных уси­
лителей размах напряжения на коллекторах вне­
шних транзисторов был меньше уровня напряже­
ния питания каскада. Это происходило из-за
включения последовательно с первичной обмоткой
трансформатора ограничивающих сопротивлений.
Шuчо numo.,.ua
Рис. 3.7. Фрагмент схемы
промежуточного усилителя (вариант 2)
80
Принципиальная схема. ШИМ преобразователь
транзистор УТ2, и ток начинает протекать через
первичную обмотку W2 трансформатора Т. След­
ствием процессов, которые вызывают ток этой об­
мотки, будет появление положительного импуль­
са ЭДС на обмотке W3 и открывание транзистора
Q1. Соответственно, в это же время произойдет
усиление степени закрывания транзистора Q2
в результате действия на обмоп<е W4 импульса от­
рицателыtой полярности.
Как и в предыдущем примере схемы усилителыю•
го каскада, идею·ичносn, параметров нлсч усилите·
ля гарантирует симметричность циклов п�ремаmи­
чивания сердечника согласующего трансформатора
и исключение его насыщения. Небольшое измене­
ние магнитных характеристик сердечника может
наблюдаться при работе микросхемы TIA94 в цик­
лах устранения отклонений выходных нанряжений
от номинальных уровней. В этом случае импульсы,
воздействующие на транзисторы УТ1 и УТ2 и onpe·
дея
л ющие время протекания токов через каждую из
обмоток трансформатора, будут иметь несt<олько
различную длительность. Если текущее небольшое
перемаrnичивание сердечника вызвано комnенса·
цисй повышения выходного уровня вторичного
напряжения, то впоследствии при устранении по­
нижения выходного уровня напряжения будет
происходить противоположное перемагничивание
магнитопровода.
То есть усредненный баланс на­
.
магниченности будет соблюдаться.
Принципы функционирования схемы, представ­
ленной на рис. 3.7, близки или аналогичны логике
работы промежуточного усилителя, входящего
в состав схемы по рис. 3.2. В базовой схеме применя­
ются внешние дополнительные транзисторы, а так·
же установлен резистор, ограничивающий ток, прохо­
дящий через эти транзисторы. Еще одной особенностью
схемой является то, что в течение паузы между им·
пульсами управления через транзисторы Q3 и Q4
(см. рис. 3.2) протекают токи и эти транзисторы
находятся в состоянии насыщения. Управляю­
щий импульс переводит один из транзисторов
в закрытое состояние. Порядок намотки первич­
ной и вторичных обмоток согласующего трансфор­
матора на обеих схемах идентичен.
На рис. 3.8 показан фрагмент схемы промежуточ­
ного усилителя, которая используется достаточно
редко, но как один из вариа11тов построения подоб­
ного блока имеет смысл детально рассмотреть прин­
цип ее работы.
Схема выполнена на основе двух согласующих
трансформаторов Т1 и Т2, каждый из них исполь­
зуется для управления только одним силовым
транзистором преобразователя. Первичные обмот­
ки соrласующих трансформаторов состоят из двух
11 -717
полуобмоток, точка соединения J<оторых подклю­
чена к шине литания. Первичные nолуобмотки
W1 и W 1' трансформаторов Т1 и Т2 в1<лючены
между коллекторами транзисторов и шиной пита­
ния без промежуточных токозадающих резисторов.
Вторая половина каждой первичной обмотки имеет
соединение с общим лроводпм через диод D2 и D1
соответстве11110. По ностоянному ,·оку диоды вклю·
чены с обратным смещением. Параметры намотки
и маrнитные свойстна тр<1нсформаторов схемы
иде11тичны. Для примера достаточно рассмотреть
ПJ)Оцессы, протекающие в усилителе, выполненном
на УТ1. Все описание будут справедливо для у3.11а
на VT2 с учетом временн6rо сдвига процессов.
В моменты пауз между импульсами управления
на коллекторах VTt и VT2 устанавливаются потен­
циалы, равные напряжению питания каскада. В те­
чение nауз токи через обмотки W1 и W1' не проте­
кают, транзисторы закрыты. Импульс управления
высокого уровня открывает выходной транзистор
VT1 микросхемы TIA94, напряжение на нем спада­
ет до уровня насыщения. Выводы обмотки Wt ока­
зываются под разными потенциалами. В течение
действия импульса no обмотке про1·екает ток, созда­
ющий магнитный поток в сердечнике трансформа­
тора. Происходит накопление энер1·ии в индуктив­
ном элементе. Первичные nолуобмотки каждого из
трансформаторов имеют между собой гальваничес·
кую и маrнитную связь. Благодаря наличию маг­
нитной связи по окончании действия управляюще­
го импульса на транзистор УТ1 на выводе обмотки,
подключенной к катоду диода D2, возникает им­
пульс отрицательной полярности. Диод открывает­
ся. Через него начинает протекать ток, который замы·
кается через источник питания каскада, конденсаторы,
установленные для фильтрации напряжения пита1шя, и полуобмотку W2. В течение временного интер­
вала протекания этого тока происходит возврат
энергии, накопленной в трансформаторе. Токи,
протекающие через обмотки Wt и W2, взаим110
противоположны. Магнитные потоки также имеют
Wuнo numoмu�
1L494
Рис. 3.8. Фрагмент схемы
промежуточного усилителя (вариант З)
81
Принципиальная схема. ШИМ преобразователь
•медленного• запуска на начальном этапе работы
преобразователя напряжения происходит принуди­
тельное ограничение длительности импульсов управ­
ления, воздействующих на силовые тра11зи<--торы.
Рассматривая схему, приведенную на рис. 3.2,
отметим, что после nод1<пючения источни1<а к пер­
вичному питанию происходит формирование напря­
жения питания всего каскада ШИМ преобразователя,
включая nромежугочный усилитель на транзисторах
QЗ и Q4. Напряжение питания подается по цепи,
подключенной к выводу IC1/12 микросхемы TlA94.
Появление напряжения в этой точке инициирует
работу внутренних каскадов микросхемы IC1.
Запускается генератор 1111лообраз11оrо напряжения,
внутренним стабилизатором на выводе IC1/14
формируется опорное напряжение питания +5 В.
Между выводами ICt/12 и ICt/14 включен кон­
денсатор Сб. В начальный момент после включе�
ния схемы конденсатор нс заряжен и представляет
собой малое сопротивление. При появлении напря­
жения на IC1/14 обе обкладки конденсатора Сб ока­
зываются под одинаковым положительным потенци­
алом. Дальнейшее развитие процесса включения
микросхемы удобно проследить с помощью диа­
грамм напряжения, приведенных на рис. 3.9. Диа­
граммы показывают состояние внутренних элемен­
тов микросхемы IC1.
На диаграмме 1 приведена форма ttапряжений,
действующих на входах внутрен11еrо компаратора
DA2 микросхемы lC1, функциональная схема ко­
торой изображена на рис. 2.7. Пилообразное на·
пряжение действует на его и11вертирующем входе
встречную направленность. То есть намагничива­
ние сердечника, которое происходит во время про­
хождения тока через W1, компенсируется магнит­
ным потоком, возникающим под действием ток.а,
протекающего через W2. Спадающий по мощности
магнитный поток компенсации действует в проме­
жутке между двумя импульсами открывания УТ 1.
Во время рабочего открывания транзистора VT1
для формирования импульса положительной по­
лярности, воздействующего на базу силового тран­
зистора, подключаемого к вторичной обмотке WЗ,
ток протекает через обмотку W1 трансформатора
Т2. По мере за1<рывания транзистора VT1 импульс
положительной полярности на обмотке WЗ транс­
форматора Т2 прекращается. Время активной рабо­
ты силового транзистора, подключеш-юrо к обмотке
WЗ, заюшчивается, и он закрывается. Трансформа­
торы Tt и Т2 не оказывают влиякпя на работу друг
друга. Импульсы, действующие на вторичной об­
мотке WЗ, имеют вид двухуровневого сигнала в от­
личие от схем с использованием единого трансфор­
матора для управления силовыми транзисторами,
рассмотренными выше. Каждый силовой транзис­
тор открывается синхронно с транзистором, уста­
новленным в его канале управления.
Все описанные выше процессы в микросхеме
IC1 и промежуточном усилителе протекают в уста­
новившемся режиме, когда напряжения литания
каскада управления имеют номинальное значение.
Однако в начальный момент запуска ШИМ преоб­
разователя каскад управления выводится в рабо­
чий режим с помощью специальной схемы, обычно
называемой схемой �медленного"> (или сплавно­
го•) запуска. Необходимость применения особых
мер 110 •медленному�.> запуску схемы управления
обусловлено рядом причин.
Наиболее существенный момент в этом смысле
состоит в том, что в момент подключения источни­
ка питания к сети все его емкости находятся
в разряженном состоянии. Начальный бросок тока
по цепи первичного питания, возникающий при
заряде конденсаторов сетевого фильтра, нейтра­
лизуется терморезистором. Конденсаторы во
вторичной цепи источника также разряжены
и в начальный момент представляют собой КЗ,
то есть большую нагрузку. Силовые транзисторы
после включения питания работают в форсирован­
ном режиме до тех пор, пока не произойдет заряд
конденсаторов. По мере заряда токовая нагрузка на
транзисторы снижается. Схема �медленного• за­
пуска предназначена для постепенного выведения
силового каскада в штатный режим работы. Период
включения искусственно затягивается для обеспече­
ния безопасного функционирования силовых эле­
ментов импульсного преобразователя. В процессе
__
0k:::::::���==t.:�zt:tz:]_
0
_
0
0 1----ч---1-+---'--+-_____
0
0
0 t-----тt---�--,---1-----,---�--..-_._,.___....,___..___.,__..._____.
_.___
1-----1-1---....,___-4--+-__,,___._.....__
®
__
--�-__,..,,..._......__.,____,.......,
_.__.,,_..,...-�
Рис. 3.9. Диаграммы напряжений,
иллюстрирующие процесс «медленного» запуска
82
Принципиальная схема. Импульсный усилитель мощности
импульсов управления увеличивается постепенно,
что видно из диаграмм 8 и 9. Происходит плавное
наращивание мощности сиrnала управления и плав­
ное нарастание напряжений вторичных цепей. Пе­
редача улравления от компаратора «мертвой зоны�
DA1 тракту усилителя ошибки осуществляется тог­
да, когда конденсаторы вторичных цепей уже заря­
жены и требуется передача энергии для поддержа­
ния уровня этого заряда.
Линейно возрастающее напряжение подастся на
неинвертирующий вход компаратора от внутренне­
го усилителя ошибки на DАЗ. Сначала напряжения
всех вторичных цепей равны нулю. Поэтому на вхо­
де IC1/1 установлено также нулевое напряжение.
После появления питания на IC1 резисторным де­
лителем из R9 и R10 на вход IC1/2 подается поло­
жительный потенциал. Соотношение потенциалов
на входах IC1/1 и IC1/2 таково, что напряжение на
выходе внутреннего компаратора DАЗ равно нулю.
По мере передачи энергии во вторичную цепь про­
исходит постепенный заряд конденсаторов в выход­
ной цепи канала +5 В. Повышение уровня напряже­
ния на выходе DАЗ является следствием нарастания
положительного потенциала на входе IC1/1. Внут­
ренним компаратором DA2 производится сравнение
входных напряжений. Результирующий выходной
имлульсный сигнал представлен на диаграмме 2.
Рост линейного напряжения на его неинвертирую­
щем входе сопровождается увеличением длитель­
ности положительных импульсов на выходе компа­
ратора, с которого они поступают на первый вход
внутреннего лоrическоrо элемента DD1.
Появление положительного поте1щиала на выво­
де IC1/4 и ero постепенный спад показаны на диа­
rрамме 3. Вход ICt/4 является неинвертирующим
входом внутреннего компаратора �мертвой� зоны
DA1. На его инвертирующий вход подается пило­
образное напряжение. Форма результирующего
сиmала, появляющегося на выходе DA1, отражена
на диаграмме 4. Этот сигнал подается на второй
вход логического элемента типа ИЛ И. Если в это
время хотя бы один из входных сигналов также бу­
дет иметь высокий потенциал, напряжение на его
выходе примет высокий логический уровень. Фор­
ма сигнала на выходе логического элемента DD1
показана на диаграмме 5. Видно, что от появления
питающего напряжения питания на IC1 до момента
Т длительность положительных импульсов на вы­
ходе DD1 определяется работой ШИМ компарато­
ра ОА2. Начиная с момента Т, после значительного
спада напряжения на входе IC1/4 па выход DD1 по­
ступают положительные импульсы, формируемые
компаратором мертвой зоны DA1. При этом все
временные параметры импульсной последователь­
ности, действующей на входе цифрового тракта
микросхемы IC1, задаются рабочими характеристи­
ками внутреннего усилителя ошибки DАЗ и внуr­
реннеrо компаратора DA2. Диаграммы 6 и 7 демон­
стрируют форму импульсов на входах внутреннего
триггера DD2. Последние две диаграммы показыва­
ют вид имлульсных последовательностей, действую­
щих на коллек-rорах транзисторов QЗ и Q4 промежу­
точного усилителя. Длительность положительных
3.4.2. Импульсный усилитель
мощности
Источник mпания, принципиальная схема которо­
го изображена на рис. 3.2, относится к классу пре­
образователей напряжения с внешним возбужде­
нием. Генерация сигналов управления работой
импульсного усилителя мощности выполняется уз­
лом ШИМ преобразователя. Сигналы управления
имеют малый уровень и мощность. Усиление этих
сигналов по току и напряжению производится си­
ловым каскадом, построенным на транзисторах
Q5 и Qб. Импульсный усилитель мощности выпол­
нен no полумостовой схеме. Нагрузкой силового
каскада является импульсный трансформатор Т4,
включенный в диагональ моста. Для защиты сило­
вого трансформатора от насыщения постоянной со­
ставляющей протекающего тока ero включение
произведено последовательно с керамическим кон­
денсатором С15.
Схема усилительного каскада в данном случае
выполняет не только высокочастотное преобразо­
вание энергии источника постоянного напряжения,
но она наделена еще и дополнительными функция­
ми. Последовательно с первичной обмоткой сило­
вого трансформатора включена обмотка другого
трансформатора - ТЗ. Она подключена в разрыв
соединения первичной обмотки Т4 и точки соеди­
нения электролитических конденсаторов С10 и С11.
Трансформатор входит в состав узла контроля пе­
ре·грузки по току основных вторичных каналов бло­
ка. питания. Первичная обмотка WЗ трансформато­
ра ТЗ используется в качестве основного элемента
датчика токовой ваrрузки вторичных каналов. На
основе элементов силового каскада построен узел
начального запуска кас1<ада ШИМ преобразовате­
ля или, точнее, подачи начального питания на этот
каскад. Если на микросхеме TL494, являющейся ба­
зовым элементом схемы управления, не установле­
на блокировка, она запускается автоматически при
нарастании напряжения питания на ее выводе IC1/12
до уровня +7 В. Под запуском понимается начало
формирования импульсных последовательностей на
выводах ICl/8,11.
83
Принципиальная схема. Импульсный усилитель мощности
Напряжение питания на вывод IC1/12 мю<росхе­
мы поступает через последовательно соединенные
диод D18 и резистор R31. Анод диода соединен
с выходом выпрямителя на диодной сборке SBD2.
Фильтрация напряжения питания микросхемы вы­
полняется конденсаторами С17 и С18. Эта цель
питания единственная. Только по этой цепи напря­
жение литания подается на микросхему IC1 и кас­
кад промежуточного усилителя с момента запуска
преобразователя и в течение всеrо цикла работы.
Для формирования начального импульса напря•
жения на вторичной обмотке силового трансфор­
матора сnец11ально мод11фицированы базовые
цепи силовых транзисторов. В классической схеме
полумостовоrо усилителя в базовые цели транзис­
торов включено по одной вторичной обмотке соrла­
сующеrо трансформатора. Сигналы для открыва­
ния транзисторов поступают через эти обмотки. На
рис. 3.2 показано, что вторичная обмотка трансфор­
матора Т2, подключенная к цепям транзистора QS.
состоит из двух лолуобмоток - WЗ и W4. К элемен­
там, составляющим базовую цепь транзисторе Qб,
подсоединена обмотка WS. Обмотки WЗ и W4 на­
мотаны синфазнои противоположно намотке WS.
Еще одним отличием схемы, приведенной на рис. 3.2,
от классического варианта является наличие рези­
сторов R7 и R9, установленных между коллектора­
ми и базами транзисторов QS и Qб соответственно.
Резисторы служат для пода•rи смещения на базы
силовых транзисторов и являются необходимыми
элементами в цепи формирования напряжения на­
чального запуска ШИМ преобразователя.
В начальный момент времени после подачи элек­
тропитания на блок питания напряжение поступа­
ет толы<о на элементы силового каскада. На всех
вторичных обмотках трансформатора Т4 напряже­
ние отсутствует. Конденсаторы С10 и С11 образу�
ют емкостной делитель. Напряжение в точке их со•
единения равно половине напряжения питания
силовоr-о каскада. Благодаря наличию резисторов
R27 и R29, на базах транзисторов QS и Qб посте­
пенно нарастают напряжения начальных смеще­
ний. Оба транзистора начинают открываться, это
вызывает протекание увеличивающихся токов че­
рез вторичную обмотку W4 согласующего транс­
форматора Т2. Токи имеют встречную направлен­
ность. Причиной появления первого из токов
является открывание QS, этот ток протекает по
цепи: положительная обкладка конденсатора С t О
коллектор-эмиттер QS - обмотка W 4 трансформа­
тора Т2 - конденсатор С15 - первичная обмотка
Т4 - первичная обмотка ТЗ - отрицательная об­
кладка конденсатора С 11. В контур протекания
тока, вызванного оп<рыванием транзистора Qб, вхо­
дят следующие элементы: положительная обкладка
конденсатора С 11 - первичные обмотки трансфор­
маторов ТЗ и Т4 - конденсатор С15 - обмотка W4
трансформатора Т2 - коллектор-эмиттер Qб. В каж­
дом контуре протекания токов присутствуют одно­
именные элементы. Но токи двигаются по ним
в противоположных направлениях. Силовые тран­
зисторы имеют технологические разбросы парамет·
pol!, поэтому токи не моrут полностью компенсиро­
вать друr друга. Один из них обязательно будет
преобладающим. В общем случае таким током мо­
жет быть любой из двух. Но для определенности
описания пред11оложим, что большую величину
имеет ток, протекающий через транзистор Qб, по­
этому потенциал на нижнем по схеме выводе обмот­
ки W4 трансформатора Т2 будет 11емноrо выше, •1ем
11а ее верхнем выводе. Преобладающий ток проте­
кает от нижнего вывода к верхнему. Вторичные об·
мотки трансформатора Т2 имеют между собой маt·
нитную связь. Током, протекающим через обмотК)
W4 трансформатора Т2, наводится ЭДС в обмотка;
WЗ и WS. Обмотки WЗ и WS подключены в схем:
таким образом, что напряжения ЭДС , приложен
ные к элементам базовых цепей силовых транзис
торов в них, будут иметь противоположные знаю­
На выводе обмотки WS, подключенном к анод
диода D15, напряжение будет положительным. Н
аналогичном выводе диода D14 приложенная в эт
же время ЭДС будет отрицательной. ЭДС обмотс
W4 и WS с учетом зиака напряжения будут скл;
дываться с потенциалами начального смещен�,
транзисторов QS и Qб, образующихся благодаr
резисторам R27 и R29. Отрицательное напряжен�
обмотки WЗ, складываясь с базовым потенциале
транзистора QS, будет уменьшать nоложительн,
напряжение, что приведет к закрыванию это
транзистора. Возрастающее же положительное н
nряжение на обмотке WS будет только увеличива
уровень начального смещения на базе Q6. Этот п�
цесс развивается очень быстро и, в итоrе, вызыв,
полное открывание транзистора Qб. В нашем CJ
чае происходит быстрое открывание Qб и запиr
ние QS. При полном открывании транзистора •
ток, протекающий через первичную обмотку ·
резко возрастает, создавая нарастающий маrнитн
поток в его сердечнике. На вторичных обмотках
наводятся ЭДС, знаки которых определяю·
в соответствии с подКJUОчением обмоток. Все вып
мительные схемы вторичных цепей являются дЕ
полупериодными, поэтому на выходах каждой
них обязательно появятся импульсы напряже1Полярность выходных напряжений оnределяt
схемой подключения выпрямительных дио
к вторичным обмоткам трансформатора Т4. Вы
IC1 /12 микросхемы ШИМ преобразователя ч1
резистор R31 и диод D18 подключается к вw
84
Принципиальная схема. Импульсный усилитель мощности
выпрямителя канала +12 В. Катоды сборки SBD2
соединены, на них возникает импульс положитель­
ной полярности, который сглаживается RC фильт­
ром и в виде плавно нарастающего уровня напря­
жения попадает на IC1/12. Уровень напряжения
и первичная мощность импульса достато,шы для
того, чтобы произвести запуск микросхемы IC1
и поддержать работу транзисторов промежуточно­
го усилителя на согласующий трансформатор.
Транзисторы промежуточного усилителя переклю­
чаются под воздействием импульсов управления,
поступающих от IC1/8,11. Параметры обмоток со­
гласующего трансформатора Т2 выбраны таким
образом, чтобы при минимальном уровне напряже­
ния на усилительном I<аскаде напряжения на об­
мотках WS, WЗ оказались бы достаточными для по­
очередного открывания силовых транзисторов. Как
только начинается периодическая коммутация
транзисторов QS и Qб, напряжения на вторичных
обмотках Т4 достигают номинальных значений
и устойчиво поддерживаются. Уровень напряже­
ния на IC1/12 также стабилизируется. Далее сис­
тема переходит в режим автоподстройки выходных
уровней вторичных напряжений по сигналу датчи­
ка значения напряжения канала-+5 В, выполненно­
го на резисторе R13. Активная роль обмотки W4
трансформатора Т2 заканчивается в период стаби­
лизации колебаний в силовом каскаде. В рабочем
цикле через нее протекает ток того же направле­
ния и величины, что и через первичную обмотку
силового трансформатора Т4.
Силовые каскады блоков питания для персональ­
ных компьютеров строятся по схеме nолумостовоrо
преобразователя. В классическую схему полумосто­
вого преобразователя моrут вводиться различные
дополнения, обусловленные стремлением разработ­
чиков совместить выполнение различных функций
в одной группе элементов. В данном случае перво­
степенное значение имеет обеспечение начального
запуска микросхемы ШИМ управления. В варианте
построения силового каскада, осуществляющего
начальный запуск, предлагаются модификации ба­
зовых цепей транзисторов импульсного усилителя
мощности. На рис. 3.10 представлен фрагмеит схе­
мы силового каскада, демонстрирующий способ по­
дачи смещения на базы транзисторов от отдельного
диодного выпрямителя.
Позиционные обозначения элементов на схеме
индивидуальны и действительны только для ком­
понентов, приведенных на рис. 3.10. Схема не со­
держит полного типового набора компонентов, вхо­
дящих в состав импульсных усилителей мощности.
Представленные элементы предназначены для де­
моистрации особенностей подобного каскада.
Электропитание снлового каскада блока питания
производится от выпрямленного напряжения пер­
вичной сети. Сетевой выпрямитель для усилителя
мощности собран на диодах D1 - 04. Выпрямлен­
ное напряжение подается только на соеД,Иненные
последовательно транзисторы Qt и Q2 и электроли­
тические конденсаторы фильтра С2 и СЗ. Смещение
на базы транзисторов подается с помощью резис­
тивных делителей. На базу транзистора Q1 напря­
жение поступает от делителя напряжеuия, образо­
ванного резисторами RЗ и R4. Аналогичная цепь
для транзистора Q2 сформирована элементами R5
и Rб. Резисторы R1 и R7, R2 и R8, установленные
в базовых целях транзисторов, ограничивают то1<
через переходы база-эмиттер транзисторов Q1
и Q2 соответственно. Для обеспечения подачи пи­
тания на делители смещения в схему введен отдель­
ный однополупериодиый выпрямитель, включаю­
щий в себя диод D5 и конденсатор С1. Резисторы,
использованные в делителях, имеют большое со­
противление, ток разряда конденсатора составляет
единицы миллиампер, поэтому его номииал может
иметь относительно небольшое значение. Например,
D5
+
D12
C2f4
С1
Т2
TI
--,._
f-
С3 • Dб
,..,._,---+--+------i---C-6____,
D11
010
D7
R10
но Ьаnрямumель +12 В
iC8
Пumoнue мul(j)OO<eмa TL494
Рис. 3.10. Фраrмент схемы подачи смещения
на базы силовых транзисторов от отдельного выпрямителя
85
Принципиальная схема. Импульсный усилитель мощности
и R2 - 2,2 Ом, R3 и R5 � 150 кОм, R 4 11 R6 - 2,7 кОм,
R7 11 R8 = 39 Ом, R9- 22 Ом, R10 ... 1 ,5 кОм.
Варианты 11ачаль11оrо запуска каскадов ШИМ
лреобразователя не ограt1ичпваются схемами, ис­
nользующ11ми особую конструкцию согласующего
трансформатора для эт11х целей. Существуют схе­
мы, в которых пр11меняется дополнительный мало­
мощный трансформатор. Фрагмент одной из таких
схем представлен на рис. 3.11.
Доnолн1пельный трансформатор Т1 - это мало­
габаритный трансформатор, рассч11та11ный на ра­
боту в первичной сети леременноrо тока с частотой
50 Гц К его вторичной обмотке лодJ<Лючен двухпо­
лупериодный выпрямитель на диодах 05 - D8. На­
пряжение с выхода выпрямителя фильтруется кон­
денсатором С4 11 подается на среднюю точку
согласующего трансформатора ТЗ, вывод пнтання
микросхемы ШИМ преобразователя TL494/12
Отрицательный полюс выпрям11тел.я на диодах
D5 - D8 соед11нен с общ11м проводом вторичной
цели. Лрн включе11ш1 п11таш1я сетевое 11апряже1111е
выпрямляется и подается на силовой каскад, в кон­
струкци11 1<отороrо не предусмотрено никаких эле­
ментов, обеспечивающих формироваtrие 11млульса
для начальной залиткн ШИМ микросхемы. Струк­
тура базовых целей усилителя мощности является
типичной для каскадов, работа которых реrул11ру­
ется только внеш1111ми сигналами. То есть каскад
фующнонирует исключительно в режиме внешнего
возбуждения. Сигналы управления усилителем ло­
ступают через согласующий трансформатор ТЗ от
ШИМ преобразователя. На11альное питание на
ШИМ микросхему и весь каскад лромежуточноrо
усилителя поступает от выnрям11теля tia 05 - D8.
Это напряжение появляется на элементах 1<аскада
ШИМ преобразователя также после лодключе1-111я
блока литания к сет11. После запуска преобразова­
теля на вторнчной обмотке с11лового импульсного
конденсатор С1 керамический, емкостью 2200 лФ.
Соrласующ11й трансформатор Т2 содержит тр11 вто­
р1rчные обмотки, две из них лодJ<Лючены к базовым
целям силовых транзисторов Q1 и Q2. Третья ис­
лользуется для формирования 11млульса для лита­
ния схемы ШИМ преобразователя на начальной
стади11 подключения схемы 1< лервичноr1 сет11. Эта
обмотка включена между эмиттером транз11стора
Q1 и первичной обмоткой силового 1r111лульсноrо
трансформатора Т1. На схеме показана только одна
втор1rчная обмотка трансформатора Т1, хотя их
может быть 11 несколько. Средняя то•1ка вторнчной
обмотк11 соединена с общим проводом втор11чной
цел11. К этой единственной обмот1<е подключены
два д11ода D6 и D7, образующ11е двухлолулер1юд­
ный выпрямитель. Выход выпрямителя нагружен
на ф11льтр вторичного канала+12 В, не показанный
на рис. 3.10 и сrлаживающ11й фильтр цеn11 литан11я
микросхемы ШИМ преобразователя и промежу­
точного усилителя. Нагрузкой промежуточного
ус11л11теля является первичная обмотка трансфор­
матора Т2, к средней точке которого также подво­
дится наnряжен11е от цеn11 л11та11ия ШИМ микро­
схе�1ы. Такая компоновка и назначение элементов
в базовых целях тра11з11сторов Q1 и Q2 практичес­
ки повторяют структуру такого же узла схемы,
лрнведенную на р11с. 3.2. Главное отличие схемы, по­
казанной на рис. 3.10, от друrнх заключается в спо­
собе подачи постоянного напряжения на резистив­
ные делители напряжения, подJ<Лючею1ые к базовым
целям силовых транзисторов. Принц11nы же получе­
ния импульса налряжеt111я для начального nитан11я
узла ШИМ полностью 11дент11чны. Ном11налы кон­
денсаторов, лредставленных на схеме, nриведе11но11
на рис. 3.10, имеют одинаковые значения с элемен­
там11 уста11овлен11ымн в а11алог11чных лоз1щиях ба­
зовой схемы. Максимальное рабочее наnряже1111е
конденсаторов С2 и СЗ не превышает 200 В, номи­
налы резисторов имеют следующие значеt1ия: R1
01-04
~220
е
'1�
С5
♦
С3
С2
09
Т2
015
о,о
R7
013
,<Q t,c,npAмume•ь коно•о + 12 В
iC4
Рис. 3.11 Схема запуска ШИМ преобразователя с дополнительным трансформатором
86
Принципиальная схема. Импульсный усилитель мощности
R27 и R29, которые подают положительное смеще­
щ,�е на базы QS и Qб. Наличие этих резисторов по­
зволяет запустить процесс, который приводит к ге­
нерации импульса начально1·0 питания ШИМ
каскада. Электролити•1еские конденсаторы С13
и С14 используют в 1<ачестве форсирующих при от­
крывании и закрывании транзисторов QS и Qб.
В установившемся режиме элементы базовых це­
пей выполняют функции, полностью аналогичные
подробно рассмотренным в главе 2 применитель­
но к идентичному узлу силового кас1<ада.
Варианты схем базовых цепей для силовых тран­
зисторов усилителей мощности каскадов, работаю­
щих только от сигналов внешнего возбуждения,
представлены на рис. 3.12.
Каждый вариант схемотехнического исполнения
базовых цепей предлолаrает нали•1ие токозадаю­
щих резисторов, включенных между вторичными
обмотками cor;racyющero трансформатора и базо­
выми выводами силовых транзисторов. Позицион­
ные обозначения элементов всех вариантов оди­
на11<овы. Резисторы рассчитаны на равную для
всех максимальную мощность, которая составля­
ет 0,25 Вт. Номиналы резисторов R1 и R2 моrут
иметь значения от 2,2 до 4,7 Ом. Естественно, что
такой диапазон определяется наличием разных
фирм-производителей источни1<ов. В конкретном
изделии элементы каждой из базовой цепи должны
быть полностью идентичны. Коммутация силовых
транзисторов в этих схемах производится сигнала­
ми внешнего задающего генератора, питание на
который поступает от отделыюrо маломощного
источника. В этом случае нет необходимости фор­
мировать импульсы начального запуска схемы
с nомощъю дополнительной обмотки в согласующем
трансформаторе. В констру1<ции соrласующеrо
трансформатора применяются только сиrналы1ые
обмотки. Резисторы, подающие положительное
смещение от первичного источника в базовые цепи
силовых транзисторов, здесь также отсутствуют.
Конфигурации первичных обмоток согласующего
трансформатора определяются структурой транзи­
сторных цепей выходно1·0 каскада промежуточного
усилителя. Их возможные варианты были приведе­
ны на рис. 3.5, 3.7, 3.8.
На рис. 3.126 базовые цепи транзисторов содер­
жат только резистивные элементы. Скорость от­
крывания силовых транзисторов определяется
лишь динамическими свойствами самих транзисто­
ров. Здесь никаких специальных мер для ускоре­
ния процессов коммутации силовых элементов не
предусмотрено. В схеме, приведенной на рис. 3.12а,
параллельно резисторам R1 и R2 подключено по
конденсатору. Конденсаторы могут быть как керами­
ческими, так и электролитическими. Конденсаторы
трансформатора Т2 лоявляется леременное им­
лульсное налряжение, которое выпрямляется дио­
дами D9. D10 и фильтруется конденсатором С7.
Параметры трансформатора Т1 выбраны так, что
напряжение на выходе выпрямителя на диодах
D9 и D10 превышает лотенциал, установившийся
на выходе выпрямителя на диодах D5 - D8. Выхо­
ды вылрямителей tia D5 - D8 и D9, D10 соединены
между собой через диод D13. Анод D13 подклю­
чен к катодам диодов D9 и D10. Налряжение от
выпрямителя втори•1ноrо канала +12 В подается
в цепь питания микросхемы ШИМ преобразовате­
ля и промежуточного усилительного каскада. Так
как напряжение на выходе выпрямителя вторично­
го канала +12 В выше положительного потенциа­
ла в точке соединения диодов D7 и D8, то диоды
D5 - D8 получают обратное смещение и исклю•1а�отся
из работы в схеме. В дальнейшем электропитание
поступает на все элементы ШИМ преобразователя
от вторичной обмотки трансформатора Т2. Транс­
форматор Т1 используется толы<о для начальной
подачи напряжения питания на узел ШИМ. Вый­
дя в рабочий режим, импульсный преобразователь
блокирует работу трансформатора t1ачальноrо за­
пуска. Этим достигается некоторое преимущество
в увеличении общего КПД преобразователя. Дан­
ная схема может быть модифицирована в части
подключения выпрямителя напряжения +12 В
к цепи питания промежуl'очноrо усилителя. Если
из схемы исключить диод D13, то напряжение на
узел ШИМ будет поступать только от трансформа­
тора Т1. Общая логика работы схемы останется
Щ>актически без изменений. В течение всего рабо­
чего цикла преобразователя выпрямленное напря­
жение от D9, D10 будет поступать только на цепи
фильтрации выходного напряжения +12 В. Ника­
кого влияния на электропитание узла ШИМ сило­
вой каскад оказывать не будет.
Силовые каскады с дополнительной вторичной
обмоткой согласующего трансформатора обяза­
тельно содержат резисторы для подачи положи­
тельного смещения в базовые цепи усилительных
транзисторов. Смещение может быть подано одним
резистором, включенным между базой и коллекто­
ром транзистора, или с помощью делителя, ка1< это
сделано, например, на рис. 3.10. Нижний по схеме
резистор делителя может подключаться непосред­
ственно к базовому вьmоду транзистора или через
резистор с типовым номиналом 2,2 Ом. Такая кон­
струкция применяется только в схемах, rде началь­
ное питание на ШИМ преобразователь подается
после генерации импульса каскадом импульсного
усилителя мощности.
В базовых цепях силовых транзисторов по схеме,
rrриведенной на рис. 3.2, установлены резисторы
87
Принципиальная схема. Импульсный усилитель мощности
Пumo"ue ◄310 О
Пumoмue ➔ 310 О
01
•
R3
а)
б)
в)
R4
Е
Рис. 3.12. Схемы базовых цепей каскадов с внешним возбуждением
используются как элементы, ускоряющие откры­
вание силовых транзисторов в момент появления
фронта положительного импульса. В начальный
момент времени пока конденсатор не перезарядил­
ся, через него протекает максимальный ток. Переход
транзисторов в насыщение происходит с увеличен­
ной скоростью по сравнению со схемами, выполнен­
ными без конденсатора. Фронт импульса, формиру­
емого силовым транзистором, получается крутым.
Динамические потери при включении транзистора
снижаются, и улучшается тепловой режим его ра­
боты. По мере заряда конденсатора протекание
тока через неrо снижается, основной же ток посту­
пает в базу через резисторы, включенные между
вторичной обмоткой согласующего трансформа­
тора и базой транзистора. Когда на вторичной об­
мотке возникает слад открывающего импульса, то
оказывается, что к базе транзистора приложены за­
пирающие напряжения заряженного 1<011де11сато­
ра и обмотки. Происходит быстрое закрывание
транзистора, благодаря ускоренному рассасыванию
избыточных положительных зарядов, накоплен­
ных в базе. На рис. З.12в представлен еще один
вариант ускорения коммутации силовых транзис­
торов. Вместо конденсаторов для этой цели приме­
нены ускоряющие диоды D 1 и D2. Используемые
диоды должны обладать хорошими скоростными
характеристиками для работы с импульсными сиг­
налами. Время восстановления их обратного сопро­
тивления должно составлять несколько наносекунд.
В течении действия открывающегося импульса на
базе каждого из транзисторов диоды имеют обрат­
ное смещение, поэтому они не проводят ток и не
оказывают эффективного влияния 11а процесс от­
,крывания транзисторов. Наличие диодов ск:�зывается, когда. на вторичных обмотках появляются
спады положительных импульсов и транзисторы
начинают закрываться. Резкий слад импульса при­
водит к быстрому открыванию диода, который
в проводящем состоянии имеет сопротивление
меньшее, чем резистор, параллельно которому он
включен. Происходит резкое изменение направле­
ния течения тока. Скорость нарастания тока, выте­
кающего из базы, увеличивается очень быстро. Так­
же быстро транзистор закрывается, избыточные
носители в базе рассасываются лавинообразно.
Переход транзистора в за1<рытое состояние проте­
кает с большой скоростью, длителыюсть фронта
или слада получается минимально/.\. В этом случае
так же, как и в предыдущем, благодаря введению
дополнительных элементов, ускорюощих коммута­
цию силовых транзисторов, снижаются динамичес-•
кие потери во время переходных процессов при пе­
реключении транзисторов.
Общим для всех вариантов 1<аскадов усилителей
мощности импульсных преобразователей является
способ включения силового трансформатора. Пер­
вичная обмотка трансформатора Т4 по схеме, пока­
занной на рис. 3.2, в1<лючена в диа1·оиаль моста си·
ловоrо каскада. Подключение произведено через
разделительный конденсатор С15, устраняющий
возможность подмагничивания сердечника транс­
форматора Т4 постоянным током. Параллельно
лерв�1чной обмотке Т4 подсоединена RC цепь на
элементах С16 и R32. Снижая общую добротност1:
резонансного контура, в состав которого входи1
первичная обмотка Т4, эти элементы слособстоую,
понижению уровня выбросов и паразитных колеба·
ний, возникающих в моменты переключения сило
вых транзисторов QS и Q6.
Режим работы силовых транзисторов nропорци
оналыiО зависит от величины нагрузки, подключен
ной к выходам вторичных целей источника пит:�
ния. По мере увели•1е11ия нагрузки возрастае
импульсный ток, протекающий через транзистор�
QS 11 Q6. Также возрастает время нахождения Ka)f
доrо из :>тих транзисторов в активном состояни1
Для наблюдения формы импульсного налряжени
формируемого транзисторным преобразователе�
выберем точку соединения первичной обмоп
трансформатора Т4 и конденсатора С15. Если изм
рения производить с помощью осциллографа отн
сителы-10 эмиттера Q6, то форма напряжения в вы
ра11ной контрольной точке будет соответствова
диаграммам, представленным на рис. 2.13а - 2.1:
Изменение вида диаграммы налряжения будет Лf
исходить по мере возрастания суммарной наrруз
по всем вторичным каналам напряжений. Повыu
ние нагрузки будет сопровождаться увеличеЮ1
88
Принципиальная схема. Вторичные цепи источника питания
структуры сначала одного транзистора, а затем
и другого. Каждый выпрямитель выполнен по од­
нотишiой схеме на основе пары диодов, соединен­
ных ё выводами вторичных обмоток. Диоды выпря­
мительных схем с положительными выходными
trаnряжениямн под1<люче11ы 1< обмоп<ам своими
анодами, а диоды выпрящпельных схем для кана­
лов с отрицательными уровнями напряжений к выводам обмоток катодными выводами. Двухло­
лу!llериодные схемы выпрямления на с1:1оем выходе
формируют импульсные последовательности, в ко­
торых частота импульсов равна удвоенной чаtтоте
коммутации каждого из силовых транзисторов
Q5 и Qб. Такой метод построения выпрямителя
облегчает задачу фильтрации вторичных напря­
жений, а также способствует более равномерной
подаче энергии в цепи нагруз1<и. Схема фильтрации
импульсного напряжения каждого канала в данном
варианте исполнения источни1<а питания содержит
толы<о пассивные инду1<тивные и емкостные эле­
менты. Обмотки дросселя L1 намотаны на общем
магнитопроводе. Этим обеспечивается магнитная
связь электрома1·нитных потоков, вызываемых то­
ками, протекающими по каждой цепи вторичных
напряжений. Обмотка дросселя L1 в цели фильтра­
ции напряжения +5 В является единственным ин­
дуJ<тивным элементом в данном канале. В осталь­
ных целях втор!f';!t!ЫХ каналов l'{аnряжений включено
по отдельному дополнительному дросселю. Канал
+5 В также содержит наибольшее число электроли­
тических конденсаторов, установленных на выходе
этой цепи. Резисторы R39- R41, подключенные по
выходам 1<аждо1·0 вторичного канала, обеспечивают
возможность работы импульсного преобразователя
без обязательного подключения внешней нагрузки.
Резисторы создают контур разряда выходных
фильтрующих конденсаторов, исключая возраста­
ние выходных напряжений до амплитудных уров­
ней импульсов, поступающих от выпрямительных
элементов. Максимальное рабочее напряжение кон­
денсаторов, установленных в фильтрах вторичных
каналов, не превышает 25 В. Амплитуда импульсов
может быть выше этого предельного уровня.
В отсутствие резисторов может происходить заряд
выходных конденсаторов до уровня, превышающе­
го предельный, что в итоге приведет к их повреж­
дению. Номиналы балансных резисторов, устанав­
ливаемых параллельно выходным фильтрующим
конденсаторам, выбираются так, чтобы обесnечи­
ва-ть нагрузочный ток по каналу на уровне :::::50 мА.
Основные требования к технической реализации
выпрямительных схем с точки зрения выбора элемен­
тной базы и принципов их функционирования под­
робно описаны в главе 2. Там же рассмотрен принцип
групповой стабилизации выходных вторичных на­
пряжений с помощью дросселей, выполненных на
едином маrnитоnроводе. В данном разделе в основном
импульсного тока через транзисторы Q5 и Qб,
снижением длительности паузы между импульса­
ми положительной и отрицательной полярt1остей,
а также появлением отчетливых очертаний этих им­
пульсов. При правильной работе схемы управления
и усилителя мощности импульсы имеют одинаковую
длятельность. Полный размах импульсного сигна­
ла равен величине выпрямленного сетевого напря­
жения, то есть :::::310 В. Амплитуда импульсов со­
ставляет половину этого значения. Пауза между
импульсами фиксируется также на уровне, соответ­
ствующем половине напряжения питания силового
каскада.
3.4.3. Вторичные цепи
иаочника питания
Выпрямленное, отфильтрованное и стабилизиро­
ванное напряжение подается в нагрузку с выхода
вторичных цепей источника литания. В импульс­
ньтх источниках для ПЭВМ класса ХТ/АТ во вто­
ричной цели формируются четыре номинала по­
стоянных напряжений и особый служебный сигнал
•питание в норме�. Оригинальное наименование
этого сигнала - POWERGOOD или сокращенно
PG. Значения вторичных напряжений и допусти­
мые уровни их 1;1озмож1-1ых отклонений от номина­
лов приведены в разделе 3.1. Вторичные каналы
облада1от различной токовой нагрузочной способ­
ностью. Самая большая нагрузка падает на вторич­
ный канал напряжения +5 В. Ма1<симально воз­
можный ток по этому каналу зависит от общей
габаритной мощности источника питания. Типовые
градации мощности и соответствующее им распре­
деление токовой t1агрузки по вторичным каналам
источника питания также отражены в разделе 3.1.
Силовой трансформатор Т4 источника, выпол­
ненного по принципиальной схеме (см. рис. 3.2),
имеет две вторичные обмотки. Каждая полная вто­
ричная обмотка состоит из двух nолуобмото1<. Точ­
ка их соединения подключена к общему проводу
вторичной цепи питания. Одна вторичная обмотка
используется для получения напряжений +5 и -5 В,
вторая является источником напряжения для кана­
лов +12 и -12 в.
Вторичные обмотки силового трансформатора
Т4 нагружены на двухполупериодные диодные
выпрямители. Импульсные источники литания
компьютеров всех модификаций во вторичных
uenяx используют двухполупериодные выпрями­
тельные схемы. Такое решение обесnе•1ивает сим­
метричное распределение нагрузки обоих транзис­
торов усилителя мощности. Работа транзисторов
в идентичных режимах исключает развитие некон­
тролируемых процессов, возникающих вследствие
разбаланса нагрузки с постеuенным разрушением
12 -717
89
Принципиальная схема. Вторичные цепи источника питания
будут рассмотрены реализованные на практике
вторичные цепи импульсных источников питания.
В предельных режимах эксплуатации источника
питания токовая нагрузка ло каналу +5 В имеет
значение в десятки ампер. На выпрямительных
элементах в этом случае происходит выделение зна­
чительной тепловой мощности. Для повышения об­
щего КПД источника и улучшения работы его теп­
лового режима в импульсных преобразователях
применяются матрицы на основе диодов Шоrnи.
Эти диоды обладают улучшенными импульсными
рабо•шми характеристикам 11, что способствует сни­
жению време11н6I-о интервала нахождения обоих
выпрямительных диодов в проводящем состоянии
во время изменения полярности импульсного на­
пряжения. Прямое падение напряжения на них не
выше 0,6 В. Параллельно каждому из диодов в сбор­
ке SBD1 подключены демпфирующие RC цепочки,
снижающие уровень паразитных колебаний, возни­
кающих на фронтах импульсов. К выводам обмоток
W4 и WS трансформатора подключен nроnорцио­
на;1ыю-интеrрирующий фильтр на элементах RЗЗ
и С21. В схеме выпрямителей каналов +12 и -12 В
применяются обычные диоды с улу 11шенными им­
пульсными характеристиками. С помощью про­
порционально интегрирующего фильтра RЗЗ, С21
происходит •затягивание• фронтов импульсов
и создаются более благоприятные услови11 для
переключения диодов как в сборке SBD2, так
и диодов D21 и D22. В течение увели 11е111-101·0 фрон­
та импульса происходит восстановление полного
обратного сопротивления диодов.
К выходу стабилизированного напряжения +12 В
подключен вентилятор блока питания, используе­
мый для охлаждения металлических радиаторов,
на которых установлены силовые транзисторы Q5,
Q6 и диодные сборки выпрямителей SBD1 и SBD2.
На общем радиаторе мо1)'Т устанавливаться элемен­
ты с различными напряжениями на корпусе По:>то­
му все компоненты крепятся на радиаторах через
:>лектроизолирующие теллоnроводящ11е проклад­
ки. Для улучшения теплового контакта с радиато­
ром дополнительно применяется теплопроводящая
паста, изготовле1нrая на осtюве кремt1ийоргани11ес­
ких соединений.
С точки соединения катодов диодов сборки
SBD2, выхода выпрямителя канала +12 В, снимает­
ся импульсное напряжен11е и через диод D18 пода­
ется на емкостной фильтр на элементах С17, С18
и R31. Выход этого фильтра соединяется с выводом
IC1/12 внутреннего литания микросхемы ШИМ
преобразователя.
Представленное техническое решение (см. рис. 3.2)
реализации вторичных цепей импульсных источни­
ков шrrания не является единственным. Разнообра­
зие наблюдается в выполнении схем выпрямителей
и в исnолъзовании дополнительных интегральных
стабилизаторов для поддержания постоянного уров­
ня напряжения в каналах с наименьшей токовой на­
грузкой. Наиболее часто дололюпельные стабилиза­
торы устанавливаются в канале -5 В.
На рве. 3.13 представлен первый вариант прин­
ципиальной схемы вторичной цели импульсного
источ11и1<а литания. Схема имеет ряд особенностей
по сравнению с рассмотренной выше. Вторичная
цель также содержит две вторичные обмотки Wt
и W2 трансформатора Т. Средняя точка 1<аждой из
них соединена с общим проводом вторичной цели.
Обмотка W1 полностью используется только для
L1
L4
8e"muдAmOp
Пumoнue ШИМ
05
-5 В
Рис. 3.13. Принципиальная схема вторичной цепи (вариант 1)
90
Принципиальная схема. Вторичные цепи источника питания
формирования напряжения +5 В. Остальные вто­
ричные напряжения получают после выпрямле­
ния и преобразования исходно1·0 импульсно,·о на­
пряжения обмотки W2. Причем фильтрация
отрицательных напряжений производится общей
цепью Г-образного индуктивно-емкостного фильт­
ра на L1, LЗ, С7. Для обеспечения групповой ста­
билизации вторичных напряжений в схему филь­
тра введен дроссель L1, который содержит три
обмотки, намотанные в одном направлении на об­
щем магнитопроводе. Две обмотки дросселя L1
включены в цепи фильтрации напряжений +5
и +12 В, третья - в цепь сглаживающего фильтра
отрицательных напряжений.
В канале фильтрации напряжения +5 В исполь­
зовано два последовательно соединенных Г-образ­
ных фильтра. Первый включает в себя обмотку
дросселя L1 и конденсатор С4, параллельно которо­
му установлен балансный резистор R4. Второй
фильтр образован дискретным дросселем L4 и груп­
пой электролитических конденсаторов С8, С9
и С10. Стабилизация напряжений вторичной цели
производится слежением за состоянием выходного
уровня канала +5 В.
Схема выпрямителя и фильтра канала напряжения
+12 В аналоги•ша схеме, приведенной на рис. 3.2. Вен­
Такой вариант включения обмотки позволяет
применить в выпрямительной схеме канала +12 В
диоды Шоттки. В этих диодах при работе с импуль­
сными напряжениями ::::50 В происходит возраста­
ние обратных токов, что и диJ<Тует необходимость
снижения импульсного напряжения на них. При
включении выпрямителя согласно схеме, приве­
денной tta рис. 3.14, снижается амплитуда импуль­
,сов, воздействующих на выпрямительную схему, до
уровня, при котором диоды сборки работают дос1·аточно эффективно.
Источниками вторичных импульсных напряже­
ний в схеме (рис. 3.14) являются три обмотки W1,
W2 и WЗ трансформатора Т. Обмотка W1 исполь­
зуется для получения только напряжения +5 В.
С обмоп<и W2 снимается импульсное напряжение,
из которого после фильтрации п.олучают стабнлизи­
роваююе постоянное напряжение +12 В. Обе обмот­
ки W1 и W2 нагружены на выпрямительные сбор­
ки, состоящие из диодов Шоттки. Цепи фильтрации
импульсного входного напряжения во всех t<аналах
построены на основе индуктивно-емкостных Г-об­
разных фильтров. В канале напряжения +5 В един­
ственным инду1<тивным элементом в фильтре явля­
ется одна из обмоток дросселя L1. Все остальные
каналы дополнены отдельными дросселями, вклю­
ванного напряжения этого канала. Последователь­
но с вентилятором включен токоограиичивающий
резистор R7. Типовое значение номинала этого ре­
зистора составляет 1О Ом при максимальной рассе­
иваемой мощности 0,5 Вт.
Наибольшее отличие от других схемотехничес­
ких решений наблюдается в построеиии каналов
с отрицательными номиналами выходных напря­
жений. Общий фильтр для двух отрицательных
напряжений также выполнен в виде двух Г-образ­
ных индуктивно-емкостных фильтров. К выходу
стс1билизированноrо t1аnряжения -12 В через диод
D5 подключен интегральный стабилизатор на мик­
росхеме IC1 типа 7905. Схема интегрального стаби­
лизатора для канала -12 В одновременно выrюлня­
ет роль балансного резистора, обеспечивающего
частичный разряд t<онденсатора С7. Выходное напря­
жение -5 В параметрического стабилизатора на IC1
дополнительно сглаживается ко1щенсатором С11.
В главе 2 (см. рис. 2.17) был представлен фраг­
мент принципиальной схемы вторичной цепи источ­
ника, в котором средняя точка обмотки напряжения
+12 В соединена с выходом канала +5 В. Такое ре­
шение используется и в схемотехнике источников
для 1<омпыотеров 1<ласса ХТ/АТ. Принципиальная
схема подобной вторичной цели источника пита­
ния (вариант 2) представлен на рис. 3.14.
!Групповой стабилизации L 1.
Выводы комбинированной обмотки WЗ присоеди­
няются к 1<атодам обычных импульсных выпрями­
тельных диодов D 1 - D4. Средняя точка обмотки WЗ
ченными последовательно с обмотками дросселя
тилятор подI<JJЮчается также к выходу стабилизиро­
+5 В
S802
L2
01
D2
Рис. 3.14. Принципиальная схема вторичной цепи
(вариант 2)
91
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
подключена к общему проводу вторичной цели nита1тя. Диоды D1 и D4 образуют двухлолупериодный
выпрямитель канала напряжения -12 В. Аналогич­
ная въmрямительная схема для канала -5 В выполне­
на на диодах D2 и DЗ. Во вторичную цепь введен
дроссель L1 групповой стабилизации вторич11ых
напряжений по взаимным маrю,тным потокам.
Несмотря на это, в каждом канале напряжений с от­
рицательными значениями включены интеграль­
ные стабилизаторы на IC1 и IC2. Между входом
и выходом каждого интеrралыюrо стабилизатора
лодмючаются демпфирующие диоды.
В схемах, где возбуждение микросхемы управле­
ния TL494 производится первичным ю,шульсом,
напряжение питания этой микросхемы и nромежу­
то•1ного усилителя снимается с выхода выпрями­
тельной схемы канала +12 В. Каскады фильтрации
данного напряжения аналоги•1ны приведенным на
рис. 3.13 и на этом рисунке не показаны. Ампл111·у­
да импульсов на выходе выпрямителя составляет
:::::60 В. Уровень отфильтровашюrо постоянного на­
пряжения непосредственно на ШИМ nреобразова­
телt: будет зависеть от длителы1ости выпрямленно1·0 импульса и промежутка между импульсами
•мертвой зоны+. Диапазон изменения постоянного
напряжения составляет примерно от +25 до +30 В.
по вторичным каналам напряжения, которсе пре­
вышает установленный предельный уровень. Уве­
личение нагрузки приводит к росту тока, коммути­
руе�оrо транзисторами nолумостово,·о усилителя
мощности. Процесс неконтролируемого нарастания
тока и 11ревыше1111я максимально допустимых зна­
чений может быть только t:ледствием· неисправнос­
ти и во.т
· икновения экстренной ситуации в нагру­
зочной цепи. Иноrда это может быть обусловлено
неправильным использованием преобразователя
в режимах, нс nредусмотреtшых техническими ха­
рактеристиками. Для предотвращения повреждения
элементов импульсного преобразователя в схему
вводятся каскады, nредназt1аче1111ые для отключе­
ния формирователя ШИМ последовательностей.
После останов1<и работы ШИМ регулятора прекра­
щается подача управляющих импульсов в силовые
цепи. Оба транзистора полумоста 4замирают• в зак­
рытом состоянии, их коммутация прекращается.
Защита источника питания от nереrрузки по вто­
ричным цепям выполняется остановкой преобразо­
вателя. Прекращение t<оммутации силовых транзи­
сторов вызывает понижение иалряжения питания
на ШИМ каскаде. Если не происходит выгорание
сетевого предохранителя, то единственным каска­
дом:, остающимся под налряжением питания, будет
усилитель мощности. Все выходные цепи имеют
гальваническую развязку of nервичной сети, поэто­
му в отсутствие импульсных колебаний на входе
усилителя мощности напряжения на ,шх будут от­
сутствовать.
Существуют различные схемы построения t<ас­
кадов защиты. Общим для всех схем является то,
что их действие вызывает остановку функциони­
рования маломощной схемы ШИМ регулятора
при возникновении перегрузки в выходных целях.
Переrрузка источника питания по каждому кана­
лу проявляется индивидуально. В соответствии
с этим строится система блокировки работы ШИМ
преобразователя. В системе защиты учитывается
поведение схемы при увеличенни нагрузки по силь­
ното•1ным каналам, то есть +5 и +12 В. По мере воз­
растания наt·рузки по этим J<аналам происходит
заметное увеличение длительности импульсов
управления усилителем мощности. Комплексная
система защиты производит слежен11с за их дл11·
тельностью. В качестве датчика контроля длитель­
ности управляющих импульсов в схеме, приведен·
ной на рис. 3.2, используется узел, основу которог<
составляют трансформатор ТЗ и схема на диода>
D9 и D10. Первичная обмотка WЗ трансформатор�
ТЗ включена в первичную цепь. Через нее nротекае1
такой же импульсный ток, J<aJ< и через первичнук
обмотку силового трансформатора. Вторичные об
мотки W1 и W2 этого трансформатора nрисоеди
нены к анодам диодов D9 и D10, катоды которы:
3.4.4. Цепи защиты и цепи
формирования служебных сигналов
Энергетические характеристики силовых элемен­
тов импульсного преобразователя были выбраны,
исходя из предположения, что в установившемся
режиме работы на предельной мощности они не
превысят предельно допустимых норм для данtюго
прибора. Наиболее критичными являются режимы
работы силовых транзисторов. Полумостовые им­
пульсные преобразователи характеризуются тем,
что максимальное напряжение на силовых транзис­
торах этой схемы равно 11аnряжеш1ю питания каска­
да. Броски напряжения, возникающие в моменты
коммутации транзисторов, устраняются включени­
ем защитных диодов между коллектором и эмитте­
ром каждоrо силового транзистора. Такими диодами
на nр11нциnиалы1ой схеме, приведенной на рис. З.2,
являются D6 и D7. Существующие нормы рекомен­
дуют применять полупроводниковые приборы в це­
пях, предельные режимы эксплуатации которых
имеют уровень 0,8 от максимального значения тока
или напряжения. При выполнении этого требова­
t1ия, как правило, nредnриятия-изrотовители элементной
базы гарантируют надежную работу при­
.
боров.
Наиболее критичным для работы силовых эле­
ментов (транзисторов) в усилителе мощности ока­
зывается неконтролируемое возрастание нагрузки
92
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
выработ1<а импульсов на выходных контактах ШИМ
преобразователя останавливается.
Делитель напряжения образован резисторами
R13 и R14, подключенными к выводу IC1/15. Один
вывод делителя соединен с источником nоложи­
тельно1·0 напряжения вторичного 1<анала +5 В,
а второй -- с источником отрицательного напряже­
ния, формируемого на конденсаторе С7. На конден­
сатор С7 подается выпрямленное и отфильтрованное
напряжение, источником которого являются вто­
ричные обмотки трансформатора ТЗ. Уровень на­
пряжения на отрицательной обкладке конденсато­
ра С7 пропорционален длительности импульсов,
формируемых ШИМ преобразователем. Время на­
хождения силовых транзисторов усилителя мощно­
сти в активном состоянии, а, следовательно, и дли­
тельность импульсов зависят от уровня нагрузки
вторичной цепи. Повышение нагрузки вызывает
увеличение интервалов, в течение которых транзи­
сторы находятся в открытом состоянии. При сни­
жении нагрузки этот интервал уменьшается. Кос­
венное слежение за уровнем нагрузки по вторичной
ц€ПИ проводится с помощью контроля за напряже­
нием на I<онденсаторе С7. Изменение t1апряжения
н:а выводе IC1/15 является следствием вариации
потенциала на конденсаторе С7. Повышение на­
грузки вторичной uепи вызывает рост отрицатель­
ного напряжения на С7, которое через резистор
R14 передается на IC1/15. Когда отрицательная
составляющая напряжения в резисторном дели­
теле на R13 и R14 начинает преобладать над по­
ложительной, потенциал на I С 1/15 становится
отрицательным. Это вызывает переключение внут­
реннего компаратора DA4 микросхемы ШИМ пре­
образователя и полную блокировку работы 1<аскада
управления. Таким обра.,ом, на базе трансформато­
ра ТЗ собран узел защиты источника питания от
перегрузки по основным каналам импульсного ис­
точника питания. Оценка уровня нагрузки прово­
дится по ширине импульсов, коммутируемых сило­
выми транзисторами полумостовоrо усилителя
мощности.
Описанный узел может выполнять защитные
функции только по основным канащ1м вторичных
напряжений, rде перегрузка вызывает заметное из­
менение интервалов импульсов. Вариации нагруз­
ки, подключенной к относительно слаботочным
каналам отрицательных напряжений, такого вли­
яния н� силовой каскад оказать не могут. Поэтому
для слежеиия за состоянием уровней напряжения
по этим каналам используется отдельный элект­
ронный узел, который выполнен на основе транзи­
стора Q1.
Контроль осуществляется по отрицательным кана­
лам напряжения и вторичной цепи +12 В. Вторичные
подключены к общему проводу вторичной цепи пи­
тания. Этими диодами образован двухлолупериод­
ный выпрямитель. Вторичные обмотки соединены
последовательно. С точки соединения обмоток сни­
мается сигнальное импульсное напряжение отрица­
тельной полярности, которое сглаживается на
фильтре, образованном элементами R19 и С7. Через
балансный резистор R12 происходит частичный
разряд конденсатора С7 при текущей работе и пол­
ный разряд при отключении источника питания от
сети. В процессе работы преобразователя, коrда
происходит нормальная коммутация силовых тран­
зисторов, на отрицательной обкладке 1<онденсатора
С7 на1<аnл11вается заряд, пропорциональный дли­
тельности импульсов. Напряжение с этой обкладки
через резистор R14 подается на вывод IC1/15. Туда
. же через резистор R13 подводится напряж�ние вто­
ричного 1<анала источника питания +5 В. Согласно
фуmш.иональной схеме, показанной на рис. 2.7, вы­
вод IC1/15 является инвертирующим входом внут' реннего усилителя ошибки DA4 ШИМ преобразо­
вателя. Выходы внутренних усилителей DАЗ и DA4
микросхемы TL494 объединены по схеме монтаж­
ного ИЛИ через диоды развяз1ш. Не111iвертирую­
щий вход внутреннего усилителя DA4 (вывод IС1/16)
подсоединен 1< общему проводу. Внутренний уси­
литель DA4 включен в режиме компаратора на­
пряжения. Компаратор производит сравнение по­
тенциа.110в на своих входах. В зависимости от их
соотношения выходное напряжение принимает
значения низкого или высокого уровней, быстро
минуя промежуточные стадии переJ<Лючения. Пока
напряжение на выводе IC1/15 положительное, вы­
ход усилителя DA4 имеет низкий уровень напряже­
ния, которым устанавливается обратное смещение
на диоде D2. В таком режиме этот усилитель не ока­
зывает влияния на работу ШИМ 1<0мnаратора
DA2 и усилителя ошибки, выполненного на усили­
теле DАЗ. Когда напряжение t1a входе IC!/15 по­
нижается до отрицательного уровня, происходит
изменение состояния выхода DA4. На нем устанав­
ливается положительное напряжение, практически
равное по величине напряжению питания этого
усилителя. Происходит оп<рывание диода D2, и по­
ложительное напряжение поступает на неинверти­
рующий вход ШИМ компаратора DA2. Этим поло­
жительным напряжением запирается диод D1.
Таким образом, отключается внутренний усилитель
ошибки на DАЗ. На выходе внутреннего компара­
тора DA2 появляется устойчивый положительный
потенциал, являющийся запрещающим для работы
внутреннего логического элемента на OD1. Через
элемент DD1 прекращается подача импульсов на
цифровой тракr мю<росхемы IC1 и, следовательно,
93
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
каналы подключаются к эмиттериой цепи транзис­
тора Q1. Выход канала +12 В соединяется с эмит­
тером Q1 через стабилитрон 01. Напряжение -5 В
подводится через диод D2, выходное напряжение
-12 В подключается к делителю, состоящему из
резисторов R1 - RЗ. Транзисторный каскад защи­
ты через диод 04 подсоединен к выводу IC1/4 неинвертирующему входу внутреннего компарато­
ра ОА2 микросхемы ШИМ преобразователя. Дей­
ствие механизма защиты направлено на увеличение
потенциала этого входа в случае возникновения не­
штатной ситуации в нагрузочных цепях вторичных
каналов. Если напряжение на неинвертирующем
входе DA1 превысит уровень пилообразного на­
пряжения, действующего на втором входе коt.шара­
тора, то произойдет остановка формирователя
ШИМ последовательностей на выходах IC1. Воз­
растание напряжения на ICl/4 допускается только
во время действия дестабилизирующих факторов
в нагрузочных цепях. Во время нормального рабо­
чего цикла преобразователя напряжение на этом
входе не должно увеличиваться и вносить измене­
ния в работу источника питания. Уровень напряже­
ния на IC1/4 определяется рез.истивным делителем
из Rб и R16 за вычетом напряжения, равного паде­
нию напряжения на диоде D4, а также состоянием
переходов коллектор-эмиттер транзисторов Qt
и Q2. Резистор Rб подключен 1< источнику опорно­
го напряжения схемы IC1. Транзисторы Ql и Q2
соединены коллекторными электродами по схем-е
монтажного ИЛИ. Постоянное положительное
смещение в базовую цепь транзистора Q2 не пода­
ется. В течение рабочего цикла этот транзистор ос­
тается закрытым и на уровень смещения на входе
ICl/4 влияния не 01<азывает. Регулировка потенциа­
ла производится схемой на Q1. Для обеспечения
процесса формирования импульсных последова­
те.цьностей микросхемой IC1 на коллекторе Q1
должно устанавливаться напряжение, близкое
к потенциалу общего провода либо с отрицатель­
ным уровнем. Такой режим транзистора поддержи­
вается, если в его эмиттерной цепи напряжение
имеет отрицательный уровень. База транзистора
Q1 подключена к общему проводу, поэтому управ­
ление проводится по эмиттерному электроду. От­
рицательным напряжением на эмиттере транзистор
Q1 переводится в проводящее состояние или насы­
щение. В этом случае напряжение на ero коллеJ(ТО- ре также имеет низкий уровень и шунтирует поло­
жительный потенциал, создаваемый резистивным
делителем на R6 и R 16. Отрицательное смещение на
эмиттере Q1 устанавливается резистивным делите­
лем. Резистор R2 в этом делителе подсоединен не­
посредственно к выходу канала -12 В. В точке соеди­
нения резистора R2 и катода диода D2 напряжение
имеет значение -5,8 В. При выбранном соотноще­
нии номиналов резисторов R1 и RЗ транзистор Q1
находится в режиме насыщения, и напряжение на
его эмиттере обусловлено открытым переходом
база-эмиттер и равно примерно -0,8 В. Следова­
телыю, напряжение на колле1<торе имеет уровень,
близкий к потенциалу общего провода. Напряжение
+12 В не 01<азывает влияния на формирование на­
пряжения на эмиттерном электроде, так как стаби. литрон D1 выбирается с напряжением стабилиза­
ции 14-16 В. Если во вторичной цепи происходит
КЗ по одному из 1<аналов с отрицательным номи­
налом, то напряжение на эмиттере будет повышать­
ся и приблизится к уровню общего провода. Если
КЗ произойдет в канале -5 В, то на катоде диода
D2 напряжение составит -0,7 ... -0,8 В. При этом на
эмиттере Q1 потенциал будет иметь уровень при- .
мерно -0,2... - 0,4 В, что не достаточно для перево­
да транзистора в активный режим. Короткое за­
мыкание напряжения -12 В вызовет бло1шровку
диодом D2 подачи напряжения -5 В в эмиттерную
цепь транзистора Q1, та1< ка1< диод в этом случае
будет находиться под воздействием потенциала,
вызывающего обратное смещение p-n перехода.
В обоих случаях замыкания транзистор Q1 будет
закрываться, это вызовет рост напряжения на ero
коллекторе. Увеличение напряжения передастся на
вывод IC1/4, к которому подключен резистор R16.
Значение сопротивления R 16 в несколько раз пре­
вьпuает номинал Rб, поэтому основное падение на­
пряжения будет именно на R16, то есть на выводе
IC1/4. Если напряжение на этом выводе превысит
· уровень +3 В, то произойдет блокировка цифрово­
го тракта микросхемы IC1 и генерация импульсов
на выводах IC1/8,11 прекратится.
Вторичные обмотки силового импульсного транс­
форматора выполняются проводами с ра.-зличным
сечением. Сечение провода обмото1< маломощных
каналов меньше, чем сечение основных каналов.
Внутреннее сопротивление источни1<а напряжения,
который образует вторичная обмотка, у маломощ­
ных каналов более высокое. Значительное увеличе­
ние потребления тока по этим каналам вызовет за­
метное падение напряжения на нагрузке, поэтому
схема защиты может среагировать на резкое изме­
нение выходно1·0 уровня до появления чистоео
КЗ и отключит блок питания.
Активное групповое слежеиие за состоянием
вторичных напряжений в источнике литания про­
изводится сравнением выходного напряжения
канала +5 В с уровнем олорноrо напряжения, фор­
мируемого внутренним узлом микросхемы I С 1.
Если во вторичных цепях возникает большой раз­
балаис �,аrрузки, то напряжение в канале +12 В
может сильио отличаться от номинальной величины.
94
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
В качестве защитной меры от повышения напряже­
ния в этой цепи к эмиттеру Qt подключен датчик
наr1ряжения канала +12 В на стабилитроне D1.
Когда значение выходного напряжения в этом ка­
нале превышает напряжение стабилизации стаби­
литрона D1, происходит пробой последнего, и от­
рицательное напряжение на эмиттере Q1 начинаеr
компенсироваться положительным потенциалом,
поступающим через D1. Снижение отрицательного
напряжения в этой точке приведет к запиранию
транзистора Q1 и возрастани10 nоложительно1'0
уровня на R16. Дальнейшее воздействие на IC1/4
остановит ШИМ преобразователь.
В начальный момент подачи электропитания на
микросхему IC1 на всех вторичных каналах напря­
жения отсутствуют. Поэтому транзистор Q1 не мо­
жет находиться в активном состоянии и принимать
участие в запуске схемы преобразователя. В это вре­
мя на JC1/14 появляется опорное напряжение, ко­
торое через делитель из Rб и R16 поступит на JC1/4
и блокирует работу микросхемы. Для обеспечения
нормального запуска IC! применяется кшочевой
каскад на Q2, который начинает работать сразу после
появления напряжения питания на выводе JC1/12.
В базовую цепь Q2 включены резисторы R4 и RS.
Резистор R4 через конденсатор CS соединен с цепью
питания микросхемы IC1/12. Когда происходит
формирование начального импульса питания
ШИМ преобразователя, положительное напряже­
ние через разряженный конденсатор CS поступает на
резистор R4 и через неrо попадает на базу транзис­
тора Q2. Возникшим импульсом транзистор от­
крывается, и напряжение на коллекторе Q2 резко
понижается до нулевого уровня. По мере ;заряда
конденсатора CS на ero отрицательной обкладке
происходит экспоненuиальный спад положительно­
го напряжения. Снижение положительного напря­
жения вызывает постеленное закрывание транзисто­
ра Q2. Постоянная времени разряда конденсатора
определяется номиналами элементов CS и R4
и параллельного соединения открытого перехода
база-эмиттер транзистора Q2 и резистора RS. Пара­
метры пассивных элементов должны выбираться
таким образом, чтобы закрывание транзистора про­
исходило после появления отрицательных напря­
жений вторичных каналов на резисторе R2 и диоде
D2. Если это условие соблюдается, то после закры­
вания транзистора Q2 напряжение на аноде D4 не
примет положительного значения и сбоя в работе
источника питания не произойдет.
Диод D4 выполняет функции развязывающего
элемента, отделяющего элементы схемы «медленно­
rо1> запуска от узла защиты и схемы на Q2. Присут­
ствие этого диода является необходимым условием
плавного запуска ШИМ преобразователя, так как
его наличие исключает шунтирование положитель­
ного потенциала на отрицательной обкладке кон­
денсатора Сб 01·1<рытым транзистором Q2. После
завершения процедуры «медленного� запуска, если
нагрузочные цепи в порядке, управление напряже­
н исм на выводе IC1/4 сначала переходит 1< транзис­
тору Q2, а затем к Q1.
Основное назначение схем защиты источника
литания - исклю'lение повреждений компонентов
самого преобразователя при возникновении во вто­
ричной цепи неконтролируемого увели<1ения на­
грузки выше уровня, оговоренного условиями тех­
нической эксплуатации. Существует различный
подход как 1< организации защиты, так и к примене­
нию электронных элементов. Как правило, в схемо­
технике узлов защиты производится разделение
каскадов, отвечающих за контроль работы основ­
ных вторичных каналов и маломощных цепей. Во
вt�утренней структуре микросхемы TL494 введено
несколько функциональных узлов, через которые
l'>ЮЖНо оказывать воздействие на основной тракт
формирования ШИМ последователыюстей от при­
нудительного ограничения длительности выходных
импульсов до полной блокировки схемы. В зависи­
мости от организации схемы защиты влияние на
работу основной схемы может быть QJ<азано через
один или несколько та1<их узлов. Каждая схема пре­
образователя содержит элементы зашиты, но вы­
полнены они по-разному. На приведенных ниже
схемах защиты показаны разные варианты практи­
ческой реализации данного узла.
На рис. 3.15 представлен один из вариантов сис­
темы комплексной защиты импульсного преобразо­
вателя напряжения.
На рис. 3.15 приведены основные элементы узла
защиты. Нумерация элементов относится только
к компонентам этого рисунка. На схеме показаны
первичная цепь каскада промежуточного усилите­
ля с согласующим трансформатором Т, упрощенная
схема включения микросхемы TL494. Узел защиты
представлен полнофункциональной схемой.
Узел защиты выполняет следующие основные
функции:
• контроль длительности импульсов управления
силовым каскадом;
• блокировка работы узла ШИМ преобразовате­
ля в случае возникновения КЗ в каналах с от­
рицательны�tИ номиналами напряжений.
Оценка временноrо интервала, занимаемого
положительным импульсом, проводится схемой
постоянно. Слежение осуществляется с помощью
элементов, подключенных к средней точке первичной
обмотки согласующего трансформатора Т. На сред­
нем выводе первичной обмотки действует сигнал,
95
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
н
uJ\om
numoнuя ШИМ каско о
+58----------,
R3
R\1
R12
R13
06
01
-128 -58
iC3
Рис. 3.15. Схема комплексной защиты от перегрузки (вариант 1)
форма которого представлена на рис. 2.11. Резистор
R14, диод D5 и кондt-нсатор С3 образуют схему
выпрямителя и пассивного RC фильтра импульс1юrо сигнала. В итоге на коиденсаторе С3 появится
положительное напряжение. Уровень этого напря­
жения будет прямо пропорционален дл,пелыюсти
импульсов управления, формируемых микросхе­
мой ШИМ преобразователя типа TL494. Напряже­
t1ие, выделенное на конденсаторе С3, через резис­
тор R10 подается на неинвертирующий вход
внутреннего усилителя DA4 микросхемы TL494.
На второй вход этоrо усил ител я через вы вод
TIA94/15 непосредственно поступает напряжение
опорного исто•шика +5 В. Логика работы этого кас­
када в части контроля длительности импульсов
очень похожа на функционирование аналогичного
узла из схемы, приведенной 11а рис. 3.2. Процесс
контроля длительности импульсов управления
включает в себя нескоJ1ько этапов рабочего цикла
узла защиты. На внутреннем усилителе DA4 произ­
водится постоянное сравнение уровней напряже­
ний, действующих на его входах. Усилитель не ока­
зывает влияния на работу ШИМ преобразователя,
пока напряжение на выводе TIA94/16 не превыша­
ет onopнoro уровня, постоян110 установленного на
выводе ТL494/15. Увеличение нагрузки вторичной
цепи источника питания будет отражаться на уров­
не напряжения, выделяемого на конденсаторе С3.
Ширина управляющих импульсов будет возрас­
тать, что вызовет увеличение напряжения на С3.
Напряжение с конденсатора постоянно поступает
на вход усилителя DA4. Пока 0110 ниже уровня, уста­
новленного на инвертирующем входе DA4, выход­
ное напряжение усилителя рав110 нулю. Увеличе,ше
длительности выше установленного порога вызы11а­
ет включение механизма ее постепенного ограниче­
ния. Усилитель на DA4 пе охвачен обратной связью,
поэтому на его выходе значение напряжения очень
быстро изменяется. Повышение уровня на выходе
усилителя DA4 приведет к блокировке усилнтеля
011111бки DA3. На неинвертирующем входе ШИМ
компаратора DA2 положительное напряжение так-.
же будет повышаться. При этом будет происходить
принудительное оr·ра11иче11ие длительности им. пульсов, формируемых схемой ШИМ преобразова­
теля. Механ11зм активной защиты элементов источ­
ника питания включается с момента повышения
напряжения на ТIЛ94/16 до уровня +5 В, когда на­
пряжение на выходе DA4 начинает принимать по­
ложительное значение. Сначала наступает этап
принудительного ограничения длительности им­
пульсов управления. Сигнал рассогласования от
DA3 растет, и ШИМ преобразователь старается
компенсировать падение напряжения во втори•� ной
цеnи увеличением длительности импульсов управ­
ления. Когда происходит блокировка усилителя
ошибки уровнем от DA4, продолжительность им­
пульсов принудительно ограничивается. Если при.­
чина неконтролируемого увеличения потребления
во вторичной цепи не устранена, то при дост1tже11ии
сигналом от усилителя DA4 уровня +3,2 В, на вы­
ходе ШИМ компаратора появляется устойчивый
высокий уровень. Импулъсных сигналов нет. Гене­
рация выходных импульсов ШИМ преобразовате­
лем останавливается. Источник питания прекраща­
ет подачу энергии во вторичные цепи.
Фрагмент принципиальной схемы этого узла за­
щиты (см. рис. 3.15) демонстрирует реализацию
узла, ограничивающего длительности импульсов
уnравл<;ния преобразователем, по снгналу датчи­
ка, полностью установленного во вторичной цепи
источника питания. В предыдущем случае дат•шк
располагался в силовой части схемы, а обработка
его сигнала полностью была отнесена во вторич­
ную цепь.
В случае возникновения КЗ по любому из кана­
лов с отрицательными значениями напряжений,
сигнал оповещения узла упраВJiения вырабатывает­
ся с помощью транзисторной схемы на Q1 и Q2.
В базовой цеnи транзистора Qt включен делитель
96
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
напряжения на резисторах R1 и R2. Питание дели­
теля напряжения производится от разноnолярных
источников напряжения. Ре-Jистор R 1 подключен
к источнику опорного напряжения микросхемы
TIA94 с уровнем +5 В. Нижний по схеме въmод рези­
стора R2 через резистор RЗ соединен с цепью -12 В
и через диод D1 с цепью -5 В. Номиналы сопротив­
лений резисторов R1 и R2 равны, поэтому иапря­
жение на базе транзистора Q1 будет иметь неболь­
шое отрицательное значение. Эмиттер этого
транзистора соединен с общим проводом и, следо­
вательно, переход база-эмиттер находится под на­
пряжением обратного смещения. Транзистор зак­
рыт, напряжение на J<оллекторе Q1 имеет вьrсокий
уровень. Поддерживание напряжения на базе, зак­
рывающего транзистор Q1, возможно только в том
случае, когда выдерживается расчетное соотноше11ие напряжений -5 и -12 В. Если во вторичных
цепях происходит КЗ, в результате которого одно
из отрицательных напряжений изменяет свой уро­
вень, то потенциал 11а базе транзистора Q1 начина­
ет возрастать. В результате замыкания напряже­
ния -12 В на диоде D1 появляется обратное
смещение и блокируется подача напряжения -5
В иа резистор R2. Базовый потенциал транзис­
тора Q1 получит приращение положительного
каскада на Q1. Коллектор транзистора Q2 через ре­
зистор RS соединен с шиной питания ШИМ пре­
образователя, напряжение на которой в установив- ··
шемся режиме находится в диапазоне +25... +ЗО В.
Состояние ключа на Q2 является определяю­
щим для функционирования микросхемы ШИМ
преобразователя. В нормальном состоянии схе­
мы защиты, коrдс1 в наrрузо,1ной цепи уровни на­
пряжений соответствуют нuмннальным, транзис­
тор Q2 открыт и находится в насыщении. В этом
состоянии происходит подключение резистора RS
через открытый транзистор Q2 к общему проводу.
Диод D2 закрыт. Вывод 4 микросхемы TL494 через
резистор Rб соединен с общим проводом. Вне­
шние элементы не оказывают действия на работу
ШИМ преобразователя. Когда происходит I<З
и последовательное переключение транзисторных
ключей, напряжение на коллекторе закрытого тран­
зистора определяется соотношением сопротивлений
R6 и RS. Оно выбирается таким образом, чтобы
уровень напряжения на выводе 4 схемы TL494
в момент срабатывания защиты составлял +5 В.
Переключение транзисторов происходит доста­
точно быстро, поэтому напряжение на TL494/4 из­
меняется практически с1<ачком. Резкое возрастание
напряжение на неинвертирующем входе компара·
тора •мертвой зоны» блокирует логический эле­
мент DD1. Работа схемы управления останавлива­
ется. Запуск ШИМ преобразователя возможен
только после выключения и повторного подключе­
ния напряжения первичного питания, если предва­
рительно устранена причина, вызывавшая КЗ или
ненормированную перегрузку.
Работа схем защиты источника литания, пред­
ставленных на рис. 3.2 и 3.15, характеризуется тем,
•по воздействие на ШИМ преобразователь при
возникновении перегрузки по основным каналам
и в случае КЗ слаботочных цепей про11зводится по
напряжения, подаваемого через R1. Аналогичная
ситуация возникает при изменении напряжения
-5 В до нулевого уровня. Диод D1 находится под
воодействием отпирающего напряжения. Ero анод
подключается к общему проводу, а напряжение на
катоде приобретает значеиие -0,7 ... - 0,8 В. Это не­
большое напряжеиие мало отличается от нулевого
потенциала. На базе транзистора Q1 преобладаю­
щим оказывается положительный потенциал, кото­
рым транзистор открывается. Ключевая схема на
транзисторе Q2 является нагрузкой транзисторного
MQ фUJ\bmp numoHUQ
шим
КОС1<090
+58--------,
R2
RS
D4
02
С1
_r-1,1-:-.---1
RIO
04
Rб
Об I+
D7
R12
03
05
RI 4
R7
-58
Об
R8 ....___,_____,
02
D1
RI
R19
R17
03
R4
01
R1б
R15
С4
08
R\8
-128
Рис. 3.16. Схема коммексной защиты от перегрузки (вариант 2)
13 -717
97
w1.
т
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
различным внутренним цепям схемы TL494. Узел
защиты схемы, показанной на рис. 3.16, выполнен
таким образом, что бло�шровка схемы управления
производится по общему входу компаратора «мерт­
вой зоны».
На данном рисунке приведены основные элемен­
ты, непосредственно относящиеся к каскаду защи­
ты, а также датчик - измеритель длительности им­
пульсов управления. Схема защиты, построенная
в соответствии с рис. 3.16, выполняет отключение
системы управления блоком питания при возник­
новении КЗ no любому из каналов с отрицательны­
ми номиналами напряжения, а также в случае уве­
личения длительности импульсов управления
выше установленного интервала. После инициали­
зации схемы ШИМ преобразователя процедурой
�медленного\) запуска, транзисторные каскады на
Q1 и Q2 определяют состояние схемы управления
импульсного усилителя мощности. Цикл «медлен­
ного• запуска заканчивается, и схема управления
находится в нормальном рабочем режиме, когда оба
транзистора Q1 и Q2 закрыты, а напряжение на
выводе 4 микросхемы TL494 не будет превышать
noporoвo1·0 уровня. Отключение ШИМ преобразо­
вателя и полная блокировка происходЯт при появ­
лении на базе транзистора Q1 напряжения с поло­
жителъным уровнем, равным 0,7 ... 0,8 В. Действие
всех датчиков состояния каналъных напряжений
направлено на формирование такого напряжения
на базе Q1, когда возникает увеличение нагрузки
в какой-либо вторичной цепи, превышающее уро­
вень, заданный техническими характеристиками
источника питания. Далее происходит последова­
тельное переключение активных элементов, кото­
рое приводит к появлению высокого логического
уровня на выводе TL494/4 и отключению этой
микросхемы.
Контроль длительности импульсов управления
осуществляется с помощью узла, собранного на
элеме1пах, подключенных к обмотке W2 согласую­
щего трансформатора Т. Специальная обмотка W2
не используется в схеме формирования импульс­
ных сигналов, а является дополнительным элемен­
том, выполняющим функции датчика длитеJtЬности
положительных импульсов управления источни­
ком питания. Один вывод обмотки W2 соединен
с общим проводом вторичной цепи. Ко второму ее
выводу подключен диод 08, образующий выпрями­
тель импульсного сигнала положительной поляр­
�юсти. Нагрузкой выпрямителя является емкостной
фильтр на конденсаторе С5, на котором выделяется
положительное напряжение, пропорциональное
длительности импульсов управления. Далее в элект­
рической цеrrи установлены резисторы R1 и R15 и nод­
строечный резистор R 14. Цепью этих резисторов
задается уровень напряжения на конденсаторе CS,
при котором происходит открывание транзистора
Q1. То есть соотношение резисторов в делителе
определяет минимальную ширину импульсов уп­
равляющего сигнала, при которой происходит от­
крывание транзистора Ql В канале защиты при­
меняются биполярные транзисторы разных типов
проводимости, включенные по схеме электронных
ключей. Транзистор Ql открывается положитель­
ным напряжением относительно потенциала об­
щего провода. Эмиттер транзистора Q2 соеди­
нен с выводом опорного напряжения схемы
TL494. Его отпирание происходит, когда на базе
действует напряжение, уровень которого ниже по­
тенциала эмиттера. В режиме нормального фую<­
циони рования возможно частичное открывание
транзистора Ql, но оно не приводит к переключе­
нию Q2 из закрытого состояния в насыщение.
В таком режиме напряжение на коллекторе Q2
мало изменяется и остается на уровне, близком
к потенциалу общего провода. Низкое напряжение
lfa аноде диода 04 не может его открыть, поэтому
приращения напряжения на выводе 4 микросхемы
TL494 не происходит. Потенциал этого вывода оп­
ределяется падением только на резисторе R8.
Повышение нагрузки в основных каналах вто­
ри.uной цели приводит к тому, что схема управле­
ния усилителем мощности начинает увеличивать
длительность импульсов для компенсации энерге­
тических потерь. На дополнительной обмотке W2
согласующего трансформатора наводится ЭДС,
форма . которой полностью повторяет вид сигнала
управления. Импульсный сигнал детектируется
выпрямителем на 08 и фильтруется конденсатором
С5. Если источник питания работает в режиме пе­
регрузки, то постепенно напряжение на конденса­
торе достигнет уровня, при котором на базе Q1 по­
явится открывающий положительный потенциал.
Нарастающее напряжение на базе Q1 плавно от­
крывает транзистор, и напряжение на его коллек­
торе начинает понижаться. В коллекторной цепи
Q1 включен делитель на резисторах R2 и RЗ, сред­
няя точка которого подсоединена к базе Q2. Пони­
жение напряжения на коллекторе Q2 через RЗ пе­
редается на базу Q2, открывая его Собственное
сопротивление транзистора Q2 уменъшается, поло­
жительное напряжение на его коллекторе начинает
расти. Если источник перегрузки вторичной цепи
не устранен, то рост напряжения на базе Q2 приве­
дет к полному его открыванию и перекJtЮчению
транзистора в насыщение. Напряжение на аноде
диода 04 будет равно опорному, имеющему значе­
ние +5 В, за вычетом падения на открытом транзи­
сторе Q2. Через открытый диод 04 напряжение
опорного источника поступает на вывод TL494/4,
98
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
rде ero уровень будет составлять примерно +3,9 В.
Это значение превышает максимальный уровень
пилообразного напряжения, поэтому формирование
импульсного сигнала на выходах ШИМ преобразо­
вателя будет блокировано. Импульсы возбуждения
не будут подаваться на усилитель мощности, пере­
дача энергии через импульсный силовой трансфор­
матор во втори•1ную цепь прекрапrrся. Постепенно
произойдет спад всех вторичных напряжений до
нулевого уровня. Возобновление работы преобразо­
вателя возможно только после переключения сетево·
го выключателя и нормалъной генерации импульса
начального n•rrания ШИМ преобразователя.
Аналогичное воздействие на транзисторные кас­
кады схемы защиты будет вызвано резким падени­
ем уровня любого из кана.пов с отрицательными
номиналами напряжений, подключенпых к схеме
через диод D3 и резистор R7. Принцип действия
узла защиты от КЗ no слаботочным кана.пам осно­
ван на функционировании венти.пьной схемы, ос1юв11ьш элементом которой является диод D2.
Диод включен между датчиками уровней напряже-.
ний отрицательных уровней и базой транзистора
Qt. Катоды диодов D2 и D5 соединены по схеме
•1>юнтажноrо ИЛИ•. Переключение транзистор·
11ых ключей на Ql и Q2 будет выполняться, если
в точке соединения диодов появится потенциал, до­
статочный для открывания транзистора Q1. При
нормальной работе основных каналов, когда шири­
на импульсов управления укладывается в допуск,
такое напряжение может быть подано тол1,ко через
диод D2. Уровень напряжения на аноде D2 опреде­
ляется соотношением сопротивлений резисторов
Rб и RS. В точке соединения резистора R7 и диода
D3 напряжение имеет з1iачение -5,8 В. Резистор R5
одним выводом подКJ1ю•1ен к источнику опорного
11апряжения �,икросхемы TIA94 с номинальным
уровнем +5 В, вторым - к аноду D2. Для тоrо чтобы
на катод диода D2 не поступало положительное на­
пряжение, потенциал на аноде D2 должен быть ну­
левым или отрицательным. Для большей чувств11тельности схемы защиты потенц11ал выбирается
именно нулевым. Для поддержания нулевого
уровня на аноде диода 02, у резистора Rб до11жно
быть сопротивление на 15% больше, чем у R5.
В установившемся режиме, когда все напряжения
имеют номиналъный уровень, э11ементы, соединен­
ные с D2, не влияют на состояние ключевой тран•
з11сторной схемы. Если в 11аrрузочной цепи кана­
.1ов -5 или -12 В возникает ситуация, при которой
происходит значительное падение уровней этих
напряжений, происходит перераспреде11ение напря­
жений в делителе из R5 и R6. Отрицательный потен­
циал, компенсирующий положителъное напряжение
99
опорного источника, в точку соединения этих рези­
сторов поступать не будет. На анод D2 будет про­
ходить только положительное напряжение через
R5, которым последовательно откроются диод D2,
а затем оба транзисторных ключа на Q1 и Q2. Это
приведет к появлению напряжения +3,9 В на выводе
'4 микросхемы TIA94 и вызовет блокиров1<у ШИМ
преобразователя и отключение И<-"Гочника пнтания.
В заключение описания схемы, приведенной на
рис. 3.16, следует отмет.ггь, что диоды D 1, D2 и D5
выполняют функции элементов развязки и исклю­
чают взаимное влияние формируемых датчиками
напряжен11й, возникающих прн разлнчных пере­
грузках источника питания.
Один из вариантов узла полной защиты источ·
пика питания по основным кана.11ам вторичных на­
пряжений представлен на рис. 3.17.
Главная особенность данной схемы в том, •rro из
нее полностью исключены элементы, используе­
мые в каскадах защиты слаботочных каналов с от·
рицательными уров11ям�1 напряжений. Узел состо­
ит из датчиков ширины импульсов управления
и датчиков повышения уровней напряжений по ка·
налам +5 В и +12 В. Оценка функционирования ма­
ломощных каналов может производиться по шири­
не импульсов. Такое схемотехническое решение
может быть использовано в источнике питания, rде
применена дополнительная стабилизация вторич·
ных кана.11ов отрицательных напряжений. Инте·
rралъные стабилизаторы имеют внутренние схемы
ограничения выходного тока в случае возникнове­
ния перегрузок. Включение защиты иитеrралъноrо
стаби.пизатора может быть вызвано также neperpe·
вом корпуса стабилизатора.
При получении сигнала об отклонении работы
преобразователя от номинального режима схема за­
щиты вырабатывает сигнал положительного уров­
ня, который подается на вывод 4 микросхемы
TL494. Остальные в1iутренние элементы ШИМ
преобразователя для его блокировки не использу­
ются. Формирование сигнала о нарушении рабоче­
rо режима производится двухкаскадным усилите­
лем на транзисторах Qt и Q2. В исходном состоянии
оба транзистора закрыты. Напряжение на выводе 4
схемы TlA94 задается соотношением сопротивле­
ний резистивного делителя из R10 и R11. Сопро·
тивление резистора R10 значительно больше, чем
у R11, поэтому в установившемся режющ в отсутст­
вие перегрузки, напряжение на TIA94/4 близко
к потенциалу общеrо провода.
В качестве датчика ширины импульсов управле­
ния используется трансформатор Tl и элементы
RЗ, VD4 и С4. Первичная обмотка трансформатора
Tt включена в диаrо1iа.11ь оолумостовоrо усилителя
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
R10
--�\41---�
шим
4 nреобро�о6оmель
TL494
Об
Рис. 3.17. Схема узла комплексной защиты от перегрузки (вариант З)
мощ1юсти nоследовательно с первичной обмоткой
силового имnульсноrо трансформатора Т2. К вто­
ричной обмотке трансформатора Т1 подключена
выпрямительная схема с одноnолупериодным выn­
рямителем на диоде D4 и емкостным фильтром конденсатором С4. На конденсаторе С4 вьщеляет­
rя положительное напряжение, пропорциональное
длительности импульсов управления. К резистору
R11 кроме сопротивления R10 присоединена цепь,
состоящая из резисторов R4, Rб и диода Dб. Пара­
метры резисторов R4 и Rб подобраны так, чтобы
колебания напряжения на конденсаторе С4 не вли­
яли на уровень напряжения на резисторе R11. Анод
диода Dб соединен с коллектором транзистора Q4
и через резистор R9 с базой транзистора QЗ, являю­
щегося первым ключевым элементом в цепи форми­
рования сигнала бJ1окировки микросхемы TL494.
Прежде чем положительное напряжение на аноде
Dб нарастет до уровня его отпирания, оно посте­
пенно откроет транзистор QЗ. Коллектор транзис­
тора Q4 соединен через резистор R9 с базой QЗ,
поэтому изменение наnряжения на коллекторе пер­
вого транзистора будет сразу передаваться на базу
второго. Повышение напряжения в этой точке может
быть следствием увеличения нагрузки вторичных
целей и расширением положительных импульсов
управления. Постепенное открывание транзистора
QЗ сопровождаете.я понижением его коллекторно­
го напряжения и потенциала базы Q4. Передача
положительного напряжения происходит через от­
крывающийся транзистор Q4 на базу QЗ. Один
транзистор подnитывает базу второго, процесс от­
крывания обоих активных элементов развивается
лавинообразно, и в итоге приводит к полному от·
крыванию двух транзисторов. Через насыщенный
транзистор Q4, диод D4 и резистор Rl 1 проте1<ает
ток. Уровень наnряжения, который устанавливает­
е.я после открывания Q4 на резисторе R11, состав­
ляет примерно+3,9 В. Это напряжение превышает
амплитуду nилообразноrо сигнала, действующего
на инвертирующем входе внутреннего комnарато·
ра «мертвой зоны• DA1, входящего в состав мик­
росхемы TL494. Происходит блокировка пилообраз­
но1-о напряжения на этом компараторе и остановк,
генерации импульсов на выходах микросхемь
ШИМ преобразователя. Та�<ая nоследовательносп
действий осуществляется при увеличении нагруз
ки источника nитания, когда система управленю
стремится компенсировать падение выходны,
уровней напряжений, увеличивая интервал актив
ноrо состояния силовых транзисторов.
Цепи на элементах D1 - DЗ, R1 и R2 выполняю·
функции детекторов увеличения напряжений ос
новных вторичных каналов выше установленноr<
предела. К выходам каналов с напряжениями +!
и+12 В подключены пороговые схемы 1-ta стабилит
ронах D 1 и D3 соответственно. В данном случа,
используется свойство стабилитронов пропускат1
электрический ток, когда напряжение на них лре
выwает уровень стабилизации. Пока напряжеии:
на стабилитронах будут ниже уровня стабилизации
ток через них протекать не будет и на положитель
ной обкладке конденсатора С5 nотенциал останет
с.я близким нулю. Диод DS закрыт и никакого воз
действия на базу транзистора QЗ не оказываетсf
Пороговый уровень включения защитного механиэ
ма по вторичному каналу +5 В составляет +6,3 1::
Фиксация возрастания напряжения выше номи
нальноrо значения по каналу +12 В должна nроиэ
водиться на уровне nримерно +15 В. Налряжени
стабилизации D1 составляет +5,1 В, а диода D3 ·
+14 В. Если одно из положительных напряжени:
вторичных каналов достигает своего предельног
уровня, то происходит �пробой» соответствутощеr
стабилитрона и напряжение на конденсаторе С
начинает повышаться, открывая диод DS. Отпирс:
ние диода и по.явление положительного потенцис:
ла на базе Q3 nроисходит, когда на конденсаторе С
наnряжение достигает положительного уровнs
равного 0,7-0,8 В. Если напряжение nродолжае
повышаться, то растет положительный уровен
100
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
и на базе QЗ. Выполняются условия для перею1ю­
чения бистабильной транзисторной схемы на клю­
чах QЗ и Q4. Каждый из транзисторов открывает­
ся, и на вывод 4 микросхемы TL494 подается
положительное напряжение +3,9 В, появление
которого вызывает прекращение работы импул,,с­
ного преобразователя.
Для устойчивой работы схемы защиты в базовую
цепь транзистора QЗ включен керамический кон­
денсатор С6. Он обеспечивает фильтрацию крат1<0временных импульсных помех, 1<оторые могут
привести к переключению транзисторной схемы.
В начальный момент, когда преобразователь под­
ключает схему управления к напряжению питания,
благодаря наличию конденсатора CS происходит
задержка включения транзисторного 1<аскада. Диод
DS применяется для развязки каскадов, вырабаты­
вающих сигналы воздействия на базу QЗ при раз­
личных проявлениях отклонения вторичных напря­
жений от номинальных уровней.
Во всех примерах схем защиты датчики и схемы
воздействия на элементы управления преобразова­
телем строились на основе дискретных элементов.
В следующих примерах приведены схемы, в кото­
рых в качестве первичных узлов, формирующих
сигналы отключения ШИМ преобразователя, при­
ме!iяются интегральные компараторы. Первая из
схем приведена на рис. 3.18 (вариант 4).
На схеме (рис. 3.18) показаны узлы, рассмотрен­
ные нами и в предыдущих вариантах исполнения
R7
каскадов защиты. Схема осуществляет контроль за
длительностью управляющих импульсов, за 1<орот­
l<ИМ замыканием по каналам с отрицателы-1ыми но. миналами напряжений, а также слежение за превы­
шением установленного уровня напряжения в канале
+5 В. Взаимодействие с микросхемой ШИМ управ­
ления - TIA94 выполняется только по входу 4. Ис­
пользование внутреннего усилителя DA4 для при­
нудителыюrо ограничения ширины импульсов
управления не предусмотрено. В 1<аскаде защиты
используется два компаратора DA1 и DA2 из мик­
росхемы типа LM339, выходы которых объединены
ПО схеме 4МОJПаЖJЮГО ИЛИ\). В устаНОВИВШеМСЯ
режиме оба выхода имеют высокий уровень. Тран­
зистор Ql при этом закрыт, а напряжение на выво­
де TL494/4 определяется падением иапряжения на
резисторе R14, вызванным протеканием через него
входного тока.
Датчик контроля длительности импульсов управ­
ления (трансформатор Т1 и элементы DЗ, D4, R10,
R7 и С1) введен в первичную цепь преобразовате­
ля. Первичная обмотка трансформатора Т1 в1шю­
чена в диагональ полумостовоrо усилителя. Через
эту обмотку протекает тот же то1<, что и через пер­
вичную обмот1<у силового Иl\mульсноrо трансфор­
матора Т2. Форма сигнала на Tl полностью совпа­
дает с импульсами управления преобразователем.
Трехуровневый импульсный сигнал появляется на
вторичной обмотке трансформатора Т1. Вторич­
ная обмотка имеет три вывода. Со среднего вывода
3108
:i с,
С3
04
+58
R1
01
С5
Об
R13
R14
05
1/2 LM339N
R2
R3
02
R15
R16
R18
- 58
-128
Рис. З 18 Схема комплексной защиты от перегрузки (вариант 4)
101
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
снимается сигнальное напряжение. Крайние выво­
ды обмотки подключены к катодам диодов DЗ и D4
двухполупериодного выпрямителя. Аноды диодов
соединены с общим проводом вторичной цепи. На
среднем выводе обмотки W2 присутствуют им­
пульсы положительной полярности. Частота следо­
вания импульсов в этой точке в два раза превыша­
ет частоту следования импульсов по каждому из
выходов микросхемы TL494. Импульсное напря­
жение сглаживается RC фильтром на элементах
R7 и С1. Уровень напряжения на конденсаторе С1
зависит от длительности импульсов управления
преобразователем. Повышение нагрузки вторич­
ных целей автоматически приводит к росту этого
напряжения. Конденсатор С1 подключен к одному
из выводов резистора R4. Второй вывод резистора
R4 через диод D1 подсоединен к шине вторичного
н·апряжения канала +5 В. Резистивным делителем,
образованным элементами R4 - R6, задается уро­
вень на инвертирующем входе компаратора DA1/4,
входящего в состав микросхемы ·гила LM339.
Компаратор производит сравнение этого напря­
жения с потенциалом иа DA1/5, установлеиным
резистивным делителем на R8, R9. Делитель
включен между выходом опориоrо напряжения, вы­
рабатываемого микросхемой TL494 на выводе 4,
и общим проводом вторичной цепи. Средняя точ:ка
делителя присоединена к неинвертирующему вхо­
ду компаратора DA1/5. На резисторе R4 происходит
суммирование части вторичного напряжения от ка­
нала +5 В и напряжения, поступающего от датчика
ширины импульсов управления, на трансформато­
ре Т 1. Сумма напряжений делится пропорциональ­
но величинам сопротивлений резисторов RS и R6.
Точка соединения этих резисторов подключена
к входу компаратора DA1/4. При нормальном рабо­
чем режиме источника питания уровень опорного на­
пряжения на входе DA1/5 несколько больше, чем на
входе DA1/4. Напряжение на выходе компаратора
близко по значению к опорному. Повышение одно­
го из напряжений, суммируемых на R4, вызовет про­
порциональное возрастание потенциала на DA1/4.
Когда напряжение на инвертирующем входе ком­
паратора станет больше, чем на другом его входе,
произойдет быстрое переключение компаратора.
На выходе установится низкий уровень. Нагруз­
кой, соединенной с выходами компараторов, яв­
ляются последовательно соединенные резисторы
Rt 1 и R12. К точке их соединения присоединена
б�за транзистора Ql. Когда происходит переклю­
чение выхода компаратора от высокого уровня
к низкому, база Q1 оказывается под открывающим
потенциалом. Транзистор Q1 открывается, напряже­
ние на ero коллекторе повышается. Возрастающее
напряжение с колле1<Тора Q1 подается через диод
D5 на вход компаратора DA2/8. Повышение напря­
жения на входе компаратора DA2/8 вызывает его
переключение. С этоrо момента выходы обоих ком­
параторов имеют низкие уровни. Высокий уровень
напряжения на выводе TIA94/4 приводит к отклю­
чению ШИМ преобразователя в соответствии с опи­
санной выше последовательностью действий внуrри
TL494. Начальное переключение компаратора DA1
происходит либо при повышении выходного уров­
ня во вторичном канале +5 В, либо из-за увеличения
нагрузки по основным вторичным каналам сверх ус­
тановлеююго предела. Компаратор DA1 совмещает
в себе функции вторичного датчика уровня напря­
жения в канале +5 В и длительности импульсов уп­
равления усилителем мощности.
.
На втором компараторе микросхемы LM339 со­
бран ключевой элемент, выполняющий слежение за
состоянием каналов с отрицательными номинала­
ми напряжений. В нормальном состоянии дели­
телями напряжений на входах устанавливаются
потенциалы , при которых выходной уровень на­
пряжения компаратора - высокий (напряжение на
DA2/9 больше, чем на DA2/8). Резисторами дели­
телей, подключенных к входам компаратора DA2,
выбирается порог чувствительности схемы. Малой
разницей напряжений на входах обеспечивается
быстрое переключение компаратора, но схема мо­
жет быть слишком чувствительна 1< случайным
кратковременным помехам. Исходная разность по­
тенциалов по входам выбирается :::::t В. Опорный
уровень на входе DA2/9 формируется из опорного
напряжения, вырабатываемого на выходе TL494/14.
Когда происходит КЗ по одному из контролируе­
мых каналов, напряжения на входах компаратора
перераспределяются, в резуш,тате зиак разности их
потеициалов изменяется. Происходит переключе­
ние компаратора с последующим открыванием
транзистора Q1. Открытый Ql представляет собой
малое сопротивление, через которое анод диода D5
подключается к опорному напряжению. Диод D5
используется 1,ак элемент обратной связи между
входом DA2/8 и выходом схемы защиты - коллек­
тором Q1. Положительный потенциал от коллекто­
ра Ql передается на инвертирующий вход компа­
ратора DA2, еще более увеличивая разность
потенциалов между его входами. Система защиты
после переключения компаратора и транзистора
Q1 приходит в равновесное состояние. Вывести
систему защиты из состояния блокировки микро­
схемы TL494 можно только переК.11ючением пер­
вичного напряжения питания и выполнения пол­
ного цикла начальной инициализации всей схемы
источника питания.
102
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
На рис. 3.19 представлена комплексная схема
защиты источника питания, последняя в данном
подразделе, на которой компоненты узла защиты
изображены полностью, а схемы включения полу­
мостового усилителя мощности и ШИМ преобра­
зователя - микросхемы TL494 - условно.
Схема реализует самый полный комплекс мер по
защите элемеипюй базы источника питания. Дан­
ный каскад защиты реагирует на увеличенное по­
требление энергии по основным каналам вторич­
ных напряжений, чрезмерное возрастание уровня
напряжения в канале +12 В, а также на КЗ по всем
вторичным каналам. Ни в одной из схем защиты не
рассматривался вариант, содержащий отдельные
датчики, настроенные на контроль превышения
уровня вторичного напряжения для канала +5 В.
Основная нагрузка, как правило, подключается
именно к выходу этого канала и функции слежения
за значением его напряжения возложены иа узлы
микросхемы TL494. При рассмотрении работы
функциональных узлов этой микросхемы будут ис­
пользованы обозначения, принятые на рис. 2.7.
Управление длительностью импульсов управле­
ния усилителя мощности может выполняться �сак
с помощью усилителя DАЗ, так и по сигналам DA4.
Принципиальной разницы нет, но традиционно
(что видно по всем приведенным примерам) сигнал
рассогласования вырабатывается усилителем DАЗ,
а усилитель DA4 используется в составе схемы за­
щиты для принудительного ограничения длитель­
ности импульсов управления и блокировки ШИМ
преобразователя. В схеме, представленной на
рис. 3.19. слежение за выходным уровнем этого ка­
нала выполняется с помощью операционного уси­
лителя DАЗ, входы 1<оторого выведены через выводы
I
TA94/1 и TL494/2. Выходы усилителей соединены
через развязывающие диоды. При нормальном режи­
ме работы ис.'Точника питания на выходе усилителя
DA4 установлено нулевое напряжение, и оно не ока­
зывает влияния на сигнал, действующий на выходе
усилителя DАЗ. Усилитель DA4 не охвачен обрат­
ной связью, поэтому его работа аналогична функ­
ционированию компаратора - выход этоrо усили­
теля может иметь только два состояния: низкого
и высокого уровней. Процесс перехода из одного
состояния в другое происходит достаточно быстро.
При низком уровне на выходе DA4 диод D2 за­
крыт, а при высоком уровне этот диод открывается.
Выходной уровень усилителя зависит от соотноше­
ния напряжений на выводах TL494/16 и TL494/15,
через I<оторые подводятся входные сигналы 1< уси­
лителю DA4. В схеме, приведенной на рис. 3.19,
вывод TL494/16 подключен к общему проводу
вторичной цепи. На вход TL494/15 подведено на­
пряжение от делителя на резисторах R24 и R25. Ре­
зисторы делителя запитываются от датчи1<а шири­
ны импульсов управления (подводится к точке
соединения R24 и R25) и источника напряжения,
подключенного между выходом вторичного кана.11а
+5 В и выводом TL494/14. От датчика длительнос­
ти импульсов управления на делитель поступает
отрицательное напряжение, которое формируется
на конденсаторе С7, куда оно подается от датчика,
выполненного на трансформаторе Т1. Во вторичной
цепи трансформатора включен двухполупериодный
"о q,uльmp numo"u• ШИМ коскоqо
03
"'
"�
с
310В
N
о:: о::
4
R18
07
R23
C7r·
+12В
1/2 LM339N
RЗ
R4
Рис. 3.19. Схема комплексной защиты от перегрузки (вариант 5)
103
Принципиальная схема. Цеп.и защиты и цепи формирования служебных сигналов
выпрямитель, с помощь10 которого выделя10тся
импульсы отрицательной полярности. Импульс­
ный снrнал сглаживается фильтром, состоящим из
резистора R23 и конденсатора С7. Соотношение ре­
зисторов R24 - R27, подключенных к входу TL494/
15, выбрано так, чтобы в режиме нормальной рабо·
ты напряжение на этом выводе было положи­
тельным. Этим обеспечивается установка нулево­
го уровня на выходе DA4. При возникновении
перегрузки и расширении импульсов управления
силовым каскадом отрицательное напряжение на
конденсаторе С7 начинает повышаться. Рост отри­
цательного напряжения приводит к с1.шжению по­
ложительного потенциала на выводе TL494/15.
Когда напряжение на этом выводе уменьшится до
нулевого уровня, усилитель DA4 переключится
и на ero выходе появится высокое напряжение. Его
значение превышает выходной уровень усилителя
DАЗ, диод D1 оказывается закрытым, а выход DАЗ
блокированным. Переключение DA4 протекает быс­
тро и проходит через стадию, в течение которой та­
ким нарастающим напряжением вызывается nри­
нудителъное ограничение длительности выходных
импулъсов ШИМ преuбразователя. Перед полной
блокировкой ширина импульсов плавно, но доста­
точно быстро уменьшается до нуля. Генерация им­
nущ,сов прекращается, ритмичное переключение
силовых транзисторов останавливается. Передача
энергии через импульсный трансформатор отсут­
ствует, вторичные цепи обесточиваются.
С помощью усилителя DA4 в схеме защиты вы­
полняется слежеиие только за длительностью им­
пульсов управления. Остальные функциональные
узлы контроля состояния вторичных цепей воздей­
ствуют на микросхему TL494 через неинвертирую­
щий вход впутрениего компаратора мертвой зоны
DA1, соединенный с выводом 4 этой микросхемы.
К вь,воду TL494/4 подключены схемы •медлен­
ного» запуска, выход схемы защиты и каскад, шун­
тирующий схему защиты в течение инициализации
узлов источника питания. •Медленный» запуск
обеспечивается за счет применения дифференциру­
ющей цепи на конденсаторе С2 и резисторе R14.
Выходным активным элементом системы зс1щиты
является транзистор Q2. К его коллектору по схеме
•монтажного ИЛИ► подключен ключевой транзис­
тор Qt. К базе этого транзистора подсоединен
резистивный делитель R7 и R8. Верхний по схеме
резистор R7 делителя через конденсатор С1 соеди­
нен с шиной питания микросхемы TIA94. Когда на
этой шине появляется питающее напряжение, на
базе транзистора Q1 возникает положительный
импульс. Положительным импульсом транзистор
Ql от1<рывается, и в течение времени перезарядки
конденсатора Cl на е го коллекторе поддерживается
напряжение, близкое к потенциалу общего провода.
Вторичные напряжения нарастают с задержкой от­
носительно всех напряжений питания каскадов за­
щиты и микросхемы ШИМ управления - TIA94.
Благодаря работе транзистора Q1, в начальный
момент исключается возможиостъ появления по­
ложительного потенциала на входе TL494/4. Толь1<0 после появления нормальных уровней в цепях
вторичных каналов транзистор Q1 переключает­
ся и остается в закрытом состоянии до конца ра­
бочего цикла источника питания. Закрытый тран­
зистор не мешает работе выходного каскада системы
защиты на Q2.
Рабочее состояние источника питания сохраня­
ется до тех лор, пока на коллекторе Q2 не появится
положительный 11оте1щиа.11, t<оторый через диод D4
передается на вход TL494/4. С появлением этого
напряжения прекращается функционирование им­
пульсного преобразователя. Положительное на­
пряжение достаточного уровня для блокировки
микросхемы TL494 будет присутствовать на кол·
лекторе Q2, если он окажется в закрытом состоя­
нии. База транзистора Q2 постоянно подключена
к общему проводу, поэтому для поддержания его
в проводящем состоянии на эмитrере должен быть ус­
тановлен потенциал, равный примерно -0,7... -0,8 В.
Для формирования та1<ого наnряжения использует­
ся схема, состоящая из элементов D9, R21, R22,
R13 и D6. На диоде D9 и резисторе R22 собран дат•
чик фиксации КЗ, а на стабилитроне датчик превы­
шения уровня напряжения по каналу +12 В. Если
уровни напряжений по выходам отрицательных ка­
налов нормальны, то в точке соединения диода D9
и резистора R22 напряжение составляет -5,8 В.
Делителем напряжения, состоящим из резисторов
R13 и R21, на эмиттере транзистора Q2 устанавли­
вается наnряжеиие -0,7 ... -0,8 В. Пока уровень на­
пряжения в канале + 12 В находится в допустимых
пределах, наличие стабилитрона D6 на работу тран­
зисторного каскада на Q2 влияния не оказывает.
Переключение транзистора Q2 может произойти
только в случае резкого падения уровня любого из
вторичных каналов с отрицательными номина.1rами
напряжений. При этом напряжение на катоде дио­
да D9 приблизится к потенциалу общего провода,
что также отразится на уровне напряжения на эмит­
тере Q2. Транзистор закроется, и напряжение опор­
ного источника от TL494/14 через диод D4 посту­
пит на вход TL494/4. Второе условие, которое
окажется достаточным для увеличения положи­
тельного потенциала на эмиттере Q2, - рост напря­
жения по каналу +12 В выше уровня стабилизации
стабилитрона D6, которое составляет 15 В. Если это
условие выполняется, то, несмотря на нормальное
104
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
состояние напряжений по отрицательным каналам,
потенциал на эмиттере Q2 будет нулевым или даже
положительным. Транзистор закроется, и далее заб­
локируется микросхема TL494.
Наряду с рассмотренными каскадами к эмиттеру
Q2 подключены датчики �оротко1·0 замыt<ания по
основным вторичным каналам. Выполнены они на
двух компараторах DA1. и DA2 из состава микросхе­
мы LМЗ З9. На неинвертирующих входах 1<аждоrо из
компараторов установлен общий опорный уровень,
сформированный от стабильного напряжения, вы­
рабатываемого на выводе TL494/14. На инвертиру­
ющие входы компараторов поданы напряжения,
пропорциональные уровням выходов по каналам
+5 и +12 В. В исходном состоянии уровень опорно1-0 напряжения на входах DA1/7 и DA2/5 ниже, чем
на инвертирующих входах. Напряжение на выходах
низкое. Каждый выход подключен к эмиттеру Q2
•1ерез диоды развязки. Падение напряжения в одном
или обоих основных каналах вызовет переключение
выходного уровня компаратора. Через соответсrву­
ющий диод развязки D2 или D3 и диод D5 положи­
тельное напряжение посrупит на эмитrер Q2, вызы­
вая его запирание. С момента запирания транзистора
Q2 начинаются последовательные переключения
внутренних элементов микросхемы TL494, кото­
рые приводят к отключению ее выходных каска­
дов и обесточиванию вторичных цепей.
Логю<а микропроцессорной системы персональ­
ноrо компьютера организована таким образом, что
д.11Я инициализации ее нормального функциониро­
вания требуется подача не только определенного
напряжения питания, но и служебных сигналов.
Импульсный преобразователь напряжения выраба­
тывает сиrна.11 высокого логического уроввя для
информирования вычислительной системы о том,
что напряжения питания приняли номивальное
значение и компьютер может начинать свою рабо­
·rу. В схеме, представленной на рис. 3.2, уэлом на
транзисторе Q7 вырабатывается сигиа.л •nи1·ание
в норме• (POWERGOOD). Сигнал снимается с кол­
лектора транзистора Q7. В исходном состоянии
вторичных цепей, когда напряжения на них отсут­
ствуют, каскад на Q7 обесточен. Питание коллек­
торной цепи транзистора Q7 осуществляется от вы­
ходной цепи вторичноrо напряжения канала +5 В.
Принцип срабатывания касt<ада на этом тра1tзисто­
ре аналогичен функционированию узла на транзис­
торе Q2. Базовая цепь транзистора Q7 соединена
с выходом канала +5 В через эле1пролитический
конденсатор С22. Появление положительноrо на­
пряжения на выходе этого канала сопровождается
возникновением положительного потенциала на
отрицательной обКJ1адке С22. Этот потенциал через
14 - 7/7
резистор R36 поступает на базу транзистора Q7.
Эмиттер транзистора Q7 соединен с общим прово­
дом, поэтому возрастающее базовое напряжение
открывает траизистор. Когда потенциал на базе уве­
личивается до уровня 0,7 ... 0,8 В, транзистор Q7 пе­
реходит в насыщение II напряжение на ero коллек­
торе падает до 1шз1<ого логического уровня. По мере
заряда конденсатора С22 напряжение на базе тран­
зистора Q7 снижается и он закрывается. Напряже­
ние на коллекторе транз11стора возрастает до уровня
питания, равного +5 В. Сигнал •питание в норме•
должен вырабатываться при каждом включении ис­
точника питания. Если через короткий промежуток
времени появляется необходимость повтор1ю1·0
включения источника питания, то необходимо пол1юстыо разрядить кnнденсатор С22. В цепь уско­
ренного разряда конденсатора введен диод D23,
шунтирующий сопротивления резистивного дели­
теля на R36 и RЗ7. Разряд этого 1<онденсатора пос­
ле отключения эле1<тропитания осуществляется че­
рез диод D23, м11нуя резистивные элементы.
Существует определенное разнообразие схем
формирования сигнала POWERGOOD. Они отли­
чаются сложностью схемотехники и логикой рабо­
ты. Приведем несколько примеров. Для формиро­
вания сигнала •питание в норме• в различных
схемах очень часто применяется интегральная
микросхема типа LМЗЗ9, структурная схе�,а кото­
рой представлена на рис. 3.20. Разводка выводов
приведена для исполнения в пластиковом корпусе
типа DIP.
Микросхема содержит четыре одинаковых ком­
паратора напряжений. Выходные каскады в них
содержат транзисторlfые ключи с открытым кол­
лектором. Для нормального фу111щио1111рования
вы.ход компаратора подключается к источнику по­
ложительного напряжения через токозадающий
резистор. Положительное напряжение питания на
все элементы микросхемы подается через вывод 3.
Общий провод схемы, соединенный с выводом 12,
подключается к отрицательному полюсу источни­
ка питания.
Рис. З 20. Структурная схема
микросхемы LМЗЗ9
105
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
Высокий уровень сиrnала 4ПИтание в норме• уста­
навливается при достижении вторичными напря­
жениями номинальных величин. В схемотехнике
используется несколько способов формирования
сигнала qпитание в норме�. Оно может выполнять­
ся прямым измерением пороговым устройством
выходного напряжения в канале +5 В или примене­
нием каскада, обеспечивающего задерж1су нараста­
ния основного напряжения на выходе схемы и по­
дачи ero на вывод PG. В схеме, представленной на
рис. 3.21, генерация сигнала спитание в норме& про­
исходит в результате косвенной оценки уровня на­
пряжения втори•1ноrо канала +5 В.
В электронном каскаде применен один интеграль­
ный компаратор из состава микросхемы LМЗ39
и эмиттерный повторитель напряжения на Q1.
Благодаря применению компаратора на шине PG,
сигнал имеет ступен•rатый характер с крутым
фронтом. Этим исключается неустойчивая работа
цифровых схем нагрузки, возможная при плавном
нарастании уровней импульсов.
В начальный момент работы схемы напряжение
питания появляется на микросхеме ШИМ преоб­
разователя - TL494. Внутреннй источник опорно­
го напряжения на выводе TL494/14 формирует
опорное стабилизированное напряжение +5 В, ко•
торос через резистивный делитель на RЗ, R4 пода­
ется на инвертирующий вход усилителя DАЗ мик­
росхемы TL494. Пока на выходе вторичного канала
+5 В напряжение не достигнет номинального зна·
чения, напряжение на выходе усилителя DАЗ будет
иметь низкий уровень. К выходу ТL494/З подклю·
чена база эмиттерного повторителя напряжения.
Низкий уровень с э1·оrо выхода микросхемы пере­
дается в эмиттерную цепь транзистора и далее на
неинвертирующий вход компаратора микросхемы
LМЗЗ9. На втором входе выставлен опорный уро­
вень напряжения, снимаемый с резистивного дели·
теля напряжения на резисторах R9 и R1 О. Резистив­
ный делитель включен между выходом TL494/14
и общим проводом. Напряжение на входе LМЗЗ9/6
компаратора превышает уровень, установленный
на выводе 7. Напряжение на выходе компаратора
низкое. В процессе смедленноrо� запуска источни­
ка пи1·ания происходит посте11енное повышение
напряжения на выходе канала +5 В, которое пере­
дается на вход TL494/1 внутреннего усилителя
ошибки DАЗ. По мере увеличения разности потен­
циалов между входами усилителя DАЗ на его выхо­
де происходит изменение на11ряжения. Оно получа­
ет положительное приращение и достигает уровня,
при котором от1срывается диод D1. Через открытый
диод положительный потенциал проходит на внут­
ренние каскады микросхемы TL494, а также на базу
транзистора Q1. Повышение базового напряжения
повторяется на эмиттере Q1 11 передается на вход 7
компаратора микросхемы LМЗЗ9. Когда на.пряже·
ние на этом входе сраuняется с уровнем, установ­
ленным на втором входе - выводе 6, произойдет пе­
реключение компаратора и на его выходе возникнет
потенциал, близю1й по значению выходному напря­
жению канала +5 В. Напряжение на выходе 1 ко!\tпа­
ратора появляется с задержкой относительно момен­
та установки выходных уровней во вторичных
каналах источника питания. Дополнительная задерж·
ка обеспечивается подключением к эмиттеру транзи­
стора Q1 электролитического конденсатора С2. За­
ряд на конденсаторе нарастает плавно, задержку
появления высокого уровня сигнала •питание
в норме• можно регулировать как величиной емко­
сти конденсатора С2, так и номиналом резистора
R7, через который происходит процесс заряда. Та­
ким образом, данная схема не содержит элементов
слежения за уровнем напряжения непосредственно
на выходе канала +5 В (за исключением усилителя
DАЗ микросхемы TL494). Решение о достижении
вторичными напряжениями номинальных уровней
принимается по виду сигнала на выводе ТL494/З
в момент начала их активной регулировки микро·
схемой TL494.
В схеме, элементы которой изображены на рис. 3.22,
формирование сигнала •nитан ие в норме• произво·
дится при предполагаемом условии, что во вторич­
ных цепях все процессы протекают нормально.
+5В
R1
R7
R11
R2
01
R4
.
I
R8
Пumoнue r; норме
R12
С2
Рис. З.21. Схема формирования сигнала «питание в норме,, (вариант 1)
106
Принципиальная схема. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов
стабилитрона и напряжение на резисторе R1 дости­
гает уровня опоры, установленной на входе DA1/7,
компаратор пере1<лючается. Днод 03 оказывается
под закрывающим напряжением. Напряжение на
аноде 03 начинает плавно повышаться, благодаря
заряду конденсатора С1. Постоянная времени заря­
да зависит от значения емкости самого конденсато­
ра С1 и резистора R4. Потенциал на С1 нарастает
до уровня опорного напряжения. В момент сравне­
ния напряжений на входах DA2/4 и DA2/5 компа­
ратор ОА2 опрокидывается и на его выходе уровень
спадает практически до потенциала общего прово­
да. Транзисторный ключ на Q1 закрывается, на ero
коллекторе напряжение равно уровню, который в дан­
ный момент достигнут во вторичном канале +5 В.
Применение компараторов в схеме обеспечивает
формирование выходного сигнала с крутым фрон­
том. Без них изменение напряжения в цепи PG про­
исходило бы плавно, отслеживая нарастание или
спад уровня на конденсаторе С1.
На рис. 3.23 показан фрагмент принципиальной
схемы вторичной цепи импульсного источника пи­
тания. В состав фрагмента включена цепь выпрям­
ления и фильтрации напряжения канала +5 В, а так­
же уз.ел, вырабатывающий сигнал POWERGOOD,
выполненный с применением компараторов из мик­
росхемы LM339.
Особенность данной cxe11,u,1 состоит в том, что при
включении источника питания происходит форми­
рование сигнала 4Питание в норме� с задержкой от­
носительно вторичных напряжений, а при отключе­
нии блока питания от сети этот служебный сигнал
снимается до спада уровней вторичных напряжений.
Для работы узла формирования сигнала 4Пита­
ние в норме• используются только вторичные на­
пряжения источника питания. Питание компа­
раторов микросхемы LM339 осуществляется от
стабилизированного напряжения канала +5 В. Этим
же напряжением устанавливаются опорные уровни
на входах компаратора. К одному из выводов вто­
ричной обмотки канала +5 В подключен однополу­
периодный выпрямитель положительного напря­
жения на диоде 01. Выпрямитель нагружен на RC
фильтр (элементы R1, С 1) и резистивный делитель
на R2 и RЗ. Керамический конденсатор С1 имеет
относительно небольшую емкость (несколько ты­
сяч пикофарад) по сравнению с фильтрующими
конденсаторами, установленными на выходе кана­
ла +5 В. Заряд С1 происходит очень быстро и до­
стигает уровня, равного амплитуде действующих
на вторичной обмотке импульсов, то есть ""'10 В.
Когда напряжение на выводе LM339/3 возрастет
до минимального уровня питания компараторов,
на входе LМЗЗ9/9 начнет действовать потенциал,
превышающий значение напряжения на LM339/8.
Наnряже!'ше на выходе компаратора DAt/14 будет
Уровни вторичных напряжений в схеме не оценива­
ются. Схемз разработана с учетом последовательно­
сти появления напряжений питания кас1<ада ШИМ
управления. Положительный перепад сигнала вы­
рабатывается пороговыми схемами. Выходной 1<ас­
кад выполнен на транзисторном ключе, колле1<тор­
ная нагрузка которого (резистор R6) подключена
к напряжению вторичного канала +5 В.
Принцип работы электронной схемы, приведен­
ной на рис. 3.22, становится понятным, если про­
следить динамику процесса появления питающих
напряжений в каскаде ШИМ преобразователя.
Когда источник питания подключается к первичной
сети, возбуждается схема обеспечения начального
питания каскада ШИМ управления. Появляется на11ряжение питания этого каскада, поступающее на
TL494/12. При достижении этим напряжением
уровня +7 В происходит запуск внутренних функ­
циональных узлов схемы ШИМ преобразователя,
а на ero вывод 14 поступает опорное напряжение
с номинальным уровнем +5 В. Этим опорным на­
пряжением запитывается МИI<росхема компарато­
ра и от него же устанавливается уровень напряже­
ния на выводах 5 и 9. В это время продолжается
увеличение потенциала на TL494/14 и, соответ­
ственно, на стабилитроне D1. Пока ero напряжение
не превысит уровень стабилизации, потенциал на
резисторе R1 будет оставаться нулевым. Уровень на
выходе верхнего по схеме компаратора так же нуле­
вой. На аноде диода DЗ, соединенном с входом 4
второго компаратора, напряжение имеет значение
+0,8 В, до этого уровня через резистор R4 и заря­
жается конденсатор С1. Так как опорное напряжение
на входе 5 больше уровня на входе 4, на выходе вто­
рого компаратора устанавливается напряжение, рав­
ное опорному. Транзисторным ключом Q1 высокий
уровень инвертируется. Когда происходит •пробой•
но TL494/ 12
но TL494/14
D1
+58
R1
Rб
Пumo нue
& норме
о,
Рис. 3.22. Схема формирования сигнала
<mитание в норме>> (вариант 2)
107
Проведение работ с блоками питания компьютеров класса АХ/ХТ
S8D1
т
)1
.
01
R2
RI
I
1
С
I
L2
.
J
C
2
C
R
+58
R5
I
J
R9
R4
+
RIO
П umoнue 6 "4!Орм е
.
Rб
C4
I
I
С5
Рис. 3.23. Схема формирования сигнала «питание в норме» (вариант З)
.
иметь высокий уровень, ero абсолютное значение
будет определяться степенью заряда выходных кон­
денсаторов канала +5 В. С некоторой задержкой от­
носительно вывода 9 напряжение нарастает на ВХQде •
10, а уровень напряжения на LM339/11 зависит от
времени заряда конденсатора С5. Зар.яд происходит
через резистор R9. Емкость конденсатора С5 может
составлять несколько ми1<рофарад, а соnропrвление
резистора R9 примерно 50 кОм. Между выводами
9 и 11 включен резистор R7 достаточно большого
номинала, блаrодар.я которому обеспечивается раз­
вязка, а также разнесение по времени нарастания
напряжений на них. В начальный момент работы
схемы, когда заряд на конденсаторе С5 полностью
отсутствует и ток, протекающий через неrо, макси­
мален, напряжение на выводе LM339/11 оnредел.я­
е-rс.я соотношением сопротивлений резисторов R7
и R8. Сопротивление R8 во мноrо раз меньше, чем
у резистора R7, поэтому потенциал в точке их соеди­
нения близок к уроаню общего провода. Цепь заряда
конденсатора С4 также имеет меньшую постоянную
времени, <1ем цепь заряда конденсатора С5, поэтому
более высокий уровень напряжения первоначально
по.являете.я на входе LМЗЗ9/10. Выходное напряже­
ние компаратора DA2 практически сразу после
включения источника имеет на выходе низкий уро­
вень. Через сопротивления резисторов RB и R9 за­
ряжается конденсатор С5. Когда напряжение на
нем превысит потенциал на конденсаторе С4, про­
изойдет переключение DA2 и на его выходе скачком
появится высокий уровень напряжения.
Конденсаторы цепи фильтрации импульсного на­
пряжения канала +5 В имеют достаточно большую
емкость, чтобы сохранять заряд после отключения
источника питания от сети. В цепи выпрямителя на
диоде D1 установлен конденсатор небольшой ем­
кости, уровень напряжения на котором быстро
изменяется при флуктуациях напряжения на вто­
ричной обмотке трансформатора Т. В результате
исчезновения импульсов напряжения на вторич­
ной обмотке конденсатор С1 быстро разрядится.
В точке соединения резисторов R2 и RЗ уровень
также упадет раньше, чем это произойдет на входе
LM339/8. Уровень на выходе компаратора DA1 из­
менится от высокого к низкому. Выходной транзис­
тор компаратора DA1 будет открыт, и •rерез неrо
начнется разряд конденсатора CS. Постоянная вре­
мени разряда этоrо конденсатора зависит от его
собственной емкости и величины сопротивления
резистора R8. Однако она значительно меньше,
чем постоянная времени разряда конденсатора С4.
Спад напряжения на С5 произойдет быстрее, чем на
С4. На выходе компаратора DA2 высокий уровень
также изменится на низкий. Сброс акт11вного уров­
ня на шине •питание в норме� информирует вычис­
лительную систему о необходимости завершения
рабочего ц11кла и остановки.
3.5. Проведение работ
с блоками питания
компьютеров класса АТ/ХТ
В rлаве 2 настоящей книги достаточно подробно
рассмотрены основные способы подключения обо­
рудования и методика подачи питающих наJll)я­
жений на импульсные блоки питания. Цель наших
рекомендаций заключается в том, чтобы максималь­
но обезопасить процесс проведения измерений
и диагностики. Общие положения и рекомендации
по метод11ке работ с импульсными бестрансфор­
маторными источниками питания универсальны
и применимы для узлов, описанию которых посвя­
щена глава 3. Диаграммы напряжений для каскадов
108
Проведение работ с блоками питания. Проверка каскада ШИМ преобразователя
ШИМ преобразователя, промежуточного усилите­
ля, а таюке полумостовоrо усилителя мощности при­
ведены в соответствующих разделах rлавы 2. Мате­
риал раздела 2.5 является базовым, поэтому перед
чтением нижеследующеrо описания следует ознако­
миться с положениями этоrо раздела. В rлаве 2 со­
держится перечень контрольно-диаrностическоrо
оборудования для проведения проверок работос­
пособности разл11чных узлов. Безусловно, каждое
изделие имеет свои особенности тестирования,
кроме того, организация рабочего места для работы
требует индивидуальноrо подхода. Материал дан­
ноrо раздела посвящен конкретным особенностям
работы с импульсными ис1·очниками питания, по­
строенными на основе принципиальной схемы,
соответствующей рис. 3.2. Все предварительные
проверки функционирования отдельных узлов им­
пульсноrо преобразователя должны производиться
только от внешних источников питания, указан­
ных в описании. Применение иных источников пи­
тания и особенно подключение преобразователя не­
посредственно к сети переменного тока может
привести к дальнейшему повреждению тестируемо­
го прибора.
3.5.1. Проверка каскада
ШИМ преобразователя
Правильная идентификация типа схемы позво­
лит правильно подключить внешние источники пи­
тания и измерителм1ые приборы.
На начальном этапе целесообразно проконтроли­
ровать корректность процесса генерации импульс­
ных последовательностей на выходах микросхемы
IC1 и формирования сигналов внешнего возбужде­
ния промежуточным усилителем на транзисторах
QЗ и Q4. Для проверки работоспособности этих уз­
лов достаточно двух источников стабилизированных
положительных на11ряжений, а также осциллографа.
При подключении оборудования электропитания
все приборы должны быть обесточены. Схема под­
ключения стабилизированных источни1<ов питания
к узлу ШИМ преобразователя для проверки ero
функционирования приведена на рис. 3.24.
Позиционные обозначения элементов соответ­
ствуют их обозначению на принципиальной схеме,
представленной на рис. 3.2. На схеме показано, что
диод D4 исключен из цепи, в которой он установ­
лен. Это сделать необходимо, иначе во время про­
верки в отсутствие вторичных напряжений будет
Если в процессе функционирования исто'fника пи­
тания отмечены отклонения от ero нормального ре­
жима работы или произошел полный ero отказ, про­
верку работоспособности преобразователя следует
производить поэтапно, последовательно включая
узлы схемы. Последовательная проверка необходи­
ма как для локализации неисправности, пк и для
обеспечения максимальной безопасности. Для об­
легчения собственной работы по проверке функци­
онирования каскадов формирования ШИМ после­
довательностей следует предварительно выяснить
следующие клю•1евые моменты:
Сmабuлuзuрое,аннt,О
uсm0чнuк. ,
• какой способ подачи питания на ШИМ преоб­
разователь применяется в данном изделии;
• какая схема защиты используется; ври этом не­
обходимо определить цепи микросхемы TlA94,
к которым подключаются каскады зашиты.
-
происходить срабатывание защиты и возникнет
блокировка выходных каскадов микросхемы TlA94.
Остальные элементы преобразователя не окажут
влияния на ход провер1ш. Отключение системы за­
щиты необходимо произвести при работе с любым
преобразователем. Предварительно следует опреде­
лить тип схемы защиты, элементы, входящие в ее
состав, чтобы при отключении не внести измене­
ний в работу каскада ШИМ преобразователя.
Напряжение питания, подаваемое от внешнего
стабилизированного источника 1 должно состав­
лять +25 В. Уровень напряжения на источнике 2
должен быть равен +5 В. Оба внешних источника
ИмnyлoCt-ftfll.1 61"101,с. numoнuя
25 В
Сmобuлuзuрое,онн"О
ucmoчнu• 2
5 В
Рис. 3.24. Схема подключения стабилизированных источников к ШИМ
преобразователю
109
Проведение работ с блоками питания. Заключительная проверка блока питания
питания должны включаться одновременно. После
включения источника 1 напряжение будет подано
на микросхему IC1 и промежуто•1ный усилитель на
транзисторах QЗ и Q4. После подачи питания мик­
росхема IC1 должна перейти в режим автоматичес­
кой генерации импульсных последовательностей
на своих выходах IC1/8 и IC1/11. Измерение пара­
метров сигналов и контроль режимов работы эле­
ментов следует проводить относительно общего
провода вторичной цепи (отрицательный полюс
внешнего источника). Прохождение импульсных
сигналов в данном режиме питания схемы преобра­
зователя можно проверить через согласующий
трансформатор ТЗ, также их можно найти в базо­
вых цепях силовых транзисторов усилителя мощ­
ности. Характеристики импульсов в базовой цепи
транзистора Q5 измеряются относительно эмиттера
Q5. Точно та1< же все измерения в базовой цепи Qб
производятся относительно эмиттера Qб. Источник
питания 2 имитирует работу выходных цепей вто­
ричного канала +5 В. Изменением в небольших пре­
делах напряжения этого источни1<а проверяется
функция слежения ШИМ преобразователя за уров­
нем вторичного канала. При понижении уровня на­
пряжения источника 2 положительные импульсы
на коллекторах транзисторов QЗ и Q4 должны рас­
ширяться. При повышении напряжения источника
выше номинального значения длительность поло­
жительных импульсов сокращается.
Измерения режимов работы усилителя мощнос­
ти следует проводить относительно эмиттерной
цепи транзистора Qб.
При использовании внешних низковольтных ис­
точников постоянного напряжения на вторичных
обмотках силового трансформатора Т4 будут при­
сутствовать импульсные колебания с пониженны­
ми уровнями, а именно: трехуровневые колебания
с паузой, наблюдаемой при переходе сигнала через
нулевой уровень. На выходах выпрямителей по­
явятся униполярные импульсы. По частоте их
следования можно оценить правильность работы
каждого из диодов выпрямителя. В указанном
режиме подключения источников питания им­
пульсы на выходе выпрямителя канала +5 В будут
отсутствовать.
По окончании проверки необходимо отключить
все источники питания от преобразователя, а также
восстановить все соединения. нарушенные в процес­
се подготовки к проведению диагностики.
3.5.3. Заключительная проверка
блока питания
Завершающий этап контроля параметров импуль­
сноrо источника питания следует цыполнять толь­
ко после предварительного прогона отдельных
узлов от дополнительных внешних источников по­
стоянного напряжения. На последней стадии все
каскады преобразователя проверяются при под­
ключении к источнику переменного напряжения
номинального уровня, поэтому все неисправности
должны быть устранены в процессе предваритель­
ной проверки.
Проведение проверки работоспособности всех
функциональных узлов и проведение измерений
с применением осциллографа следует выполнять
при подключении тестируемого изделия к первич­
ной сети через развязывающий трансформатор.
Схема, демонстрирующая та1<0е подr<лючение, при­
ведена на рис. 2.21. Трансформатор VT первичной
обмоткой соединен с первичной сетью. К вторич­
ной обмотке под1<лючен тестируемый импульсный
источник питания. Напряжение вторичной обмот­
ки трансформатора должно укладываться в допуск
на входное напряжение данного изделия. При со­
блюдении этого условия вторичные напряжения
будут иметь номинальные уровни напряжений,
все пороговые устройства системы зашиты будут
корректно работать. Измерения с помощью осцил­
лографа можно производить относительно любой
точки схемы.
Внимание! Несмотря на наличие развязывающего
3.5.2. Безопасная проверка
функционирования
силового каскада
Если при проверке функционирования каскадов
ШИМ преобразователя и промежуточного усили­
теля не обнаружено отклонений от нормального
режима, можно подключать питающее напряже­
ние к усилителю мощности. Для этоrо отрицатель­
ный полюс источника питания 1 следует соединить
с эмиттерной цепью транзистора Qб, а положи­
тельный полюс этого же источника подключить
к коллекторной цепи транзистора Q5. При этом все
соединения, выполненные для rтроверки ШИМ
преобразователя, должны быть сохранены.
После одновременного включения обоих вне­
шних стабилизированных источников питания дол­
жна запуститься микросхема IC1. Если в каскаде
усилителя мощности нет поврежденных элементов,
то в точке соединения конденсаторов сетевого
фильтра С10 и С11 уровень напряжения будет ра­
вен половине напряжения источника 1. На коллек­
торе Qб должен наблюдаться трехуровневый им­
rтульсный сигнал, полный размах которого равен
напряжению питания усилителя мощности.
трансформатора, все работь� следует выполнять,
соблюдая общеприиять�е меры предосторожности.
110
Основные неисправности, методы их поиска и устранения
в конкретных условиях. К ним могут относиться
тепловые режимы, максимальные величины тока
или напряжения используемого прибора. Локали­
зовать неисправный узел можно по внешним при­
знакам проявления дефе1<та и, соответственно, на­
метить план действий по выявлению возникшей
неисправности.
Пр11 включении блока питания сгорает nредохра­
нителъ.
Возможная причииа: в каскаде усилителя мощ­
ности неисправны силовые транзисторы.
Будьте предельио вн�шательиы, так как действую­
щие напряжения первичной цепи преобразователя
имеют уровни, превышающие 310 В. Когда источник
находится под иапряжеиие.м питания, категоричес­
ки запрещается трогать руками элемеиты первич­
ной сети.
3.6. Основные
неисправности, методы
их поиска и устранения
Алzоритм поиска неисправности:
1. При отключенном электропитании импульсного
преобразователя тестером провести проверку целост­
ности внутренней структуры силовых транзисторов
QS и Qб. Дополнительно проверить отсутствие элек­
трического контакта корпусов этих транзисторов
с радиатором. Во время проверки транзисторов сле­
дует учитывать, что во внутренней структуре мощ­
ных полупроводниковых приборов могут быть
включены дополнительные диоды между эмитте­
ром и коллектором или между эмиттером и базой.
2. Если требуется замена транзисторов, то аналоги
должны соответствовать оригинальным приборам
по рабочим уровням напряжений, тока, а также по
частотным характеристикам. Выход из строя сило­
вых транзисторов может повлечь за собой отказ
пассивных элементов, установленных в базовых
цепях транзисторов QS и Qб. Перед проведением
контрольных прогонов при подключенном напря­
жении питания эти элементы также должны быть
предварительно проверены.
Возможиая причииа: выход из строя элементов,
обеспе•швающих режим смедленноrо• запуска
источника питания.
Проведение ремонтных работ любого эле1стронно­
rо устройства в большинстве случаев имеет комп­
лексный характер. Поиск неисправности, ее лока­
лизация и устранение проводятся, как правило,
с помощью контрольно-диагностических измери­
тельных приборов. После любого вида ремонтно­
восстановительных работ необходимо проводить
тщательную предварительную проверку функцио­
нирования узлов блока питания по методике, при­
веденной в предыдущем пункте. В некоторых слу­
•1аях постепенная проверка каскадов позволяет
обнаружить дефекты, не выявленные ранее, и про­
контролировать правильность проведенных замен
элементов. Все операции по измерению электри­
ческих режимов работы элементов силового кас­
када следует проводить согласно рис. 2.21 при
подключении источника питания к сети через
трансформатор развязки.
При проведении диагностики основных полу­
проводниковых приборов необходимо проверять
и пассивные элементы, задающие электрические ре­
жимы функционирования активных компонентов.
Нередко дефект, вызванный отказом именно пас­
сивных элементов, является причиной потери рабо­
тоспособности узла на активных приборах. Перед
принятием окончательного решения по поводу за­
мены убедитесь в нормальном состоянии печатных
проводников платы и пассивных элементов.
Безусловно, в качестве ре1сомендаций по прове­
дению ремонтных работ следует особо отметить не­
обходимость всестороннего анализа причин, кото­
рые могли привести к появлению дефекта или
отказу работоспособности. При выявлении причины
нужно восстановить логику действий, вызвавших
тот или иной отказ, на основании которых легче
спрогнозировать возможные неисправности эле­
ментов и локализовать �1х. Если возникает необходи­
мость замены элементов, ее следует проводить с ис­
пользованием оригинальных компонентов или са.,1ъrх
близких функциональных аналогов. При этом подбо­
ре элементов в первую очередь учитываются парамет­
ры, наиболее критичные для функц�10нирования
Алгоритм поиска 11еиспраоности:
1. Убедиться в целостности печатных проводников, со­
единяющих элементы R16 и Сб с соответствующими
выводами микросхемы IC1.
2. Обязательно проконтролировать соответствие
обозначенных на элементах номиналов реаль •
ным параметрам, а также отсутствие поврежде­
ний на них.
3. Влияние указанных элементов на неисправность
можно объяснить следующими обстоятельствами.
При подключении источника питания к сети
конденсаторы вторичных каналов разряжены
и находятся в состоянии КЗ. На начальном этапе 1а­
пуска схемы преобразователя включаете, ••л
принудительного ограничения длительност,; 1•м­
пульсов управления. Работа узла основана на по­
степенном заряде конденсатора Сб, включенного
в дифференцирующую цепь последовательно
с резистором R16. Принцип работы узла «медленно­
го» запуска описан в подразделе 3.4.4. Если про­
изошло нарушение соединения конденсатора Сб
и резистора R16, то в начальный момент включения
источника на выводе IC1/4 спадающий положитель­
ный импульс появляться не будет. При отсутствии
111
)::
::r
::s
::х:
-
::s
Основные неисправности, методы их поиска и устранения
этого напряжения на IC1/4 компаратор «мертвой
зоны» Од1 не будет оказывать влияния на пара­
метры последовательности импульсов. Длитель­
ность импульсов возбуждения усилителя мощно­
сти будет максимальна, так как источник питания
работает практически на короткозамкнутую на­
грузку.
и шунтирует каскад датчиков перегрузки вторич­
ных цепей на Q1. Если импульс не появляется или
неисправен транзистор Q2, шунтирование не про­
исходит. В отсутствие вторичных напряжений тран­
зистор Q1 закрыт и на его коллекторе устанавлива­
ется напряжение, равное по уровню опорному.
выработанному на ICl/14. Высокий уровень напря­
жения через диод 04 поступит на IC1/4 и вызовет
блокировку ШИМ преобразователя.
2. Контроль срабатывания каскада на транзисторе Q2
проводить при подключении источника питания
к сетевому питающему напряжению. Измерения
осуществлять относительно общего провода вто­
ричной цепи питания. При нормальной работе кас­
када на Q2 после появления импульса начального
питания на IC1/12 через конденсатор С5 проходит
положительный импульс, уровень которого делит­
ся на резисторах R4 и RS. Напряжение. пропорцио­
нальное соотношению этих сопротивлений. посту�
nает на базу Q2 и открывает его. Транзистор·
переходит в насыщение. По мере перезаряда кон­
денсатора С5 напряжение на базе Q2 снижается
и синхронно с ним закрывается транзистор Q2. Для
выявления неисправного элемента необходимо
проверить логику срабатывания элементов в каска­
де на транзисторе.
3. Если обнаружено, что в базовой цепи Q2 присут­
ствуют отказавшие пассивные компоненты. заме­
ните их на элементы. полностью аналогичные по
параметрам, так как их номиналы задают времен­
нь1е характеристики начального щунтирования
цепи защиты.
Возмож11ая причина: переключатель S 1 установ­
лен неправильно, вследствие чего уровею, вход­
ного напряжения не соответствует номиналу.
Алгоритм поиска неисправ11ости:
1. Если селектор входного напряжения S1 установпен
в положение, соответствующее 115 В, то выпрями­
тель и сетевой фильтр сконфигурированы для ра­
боты по схеме удвоителя напряжения. Включение
такого источника в сеть 220 В приведет к повышению
постоянного напряжения на усилителе мощности
до уровня, превышающего 600 В, и повреждению
электролитических конденсаторов СЮ и С11, тран­
зисторов Q5 и Qб и элементов в базовых цепях си­
ловых транзисторов.
2. После замены неисправных элементов перед
включением источника в реальную сеть питания
проведите полный комплекс проверок функцио­
нирования усилителя мощьности в соответствии
с методикой изложенной в разделе 3.6.
После подачи питания запуска источника ue
происходит.
ВозмоЖ11ая причина: неисправность в цепи филь­
трации импульса начального питания.
Алгоритм поиска неисправности:
В случае отказа транзистора Q2 его можно заме­
нить n-p-n транзистором малой мощности, напри­
мер КТ3102, u пластиковом корпусе с любым бук­
венным индексом.
Возможная прuчщ1О: после включения происхо­
дит блокировка ШИМ преобразователя.
Алгоритм поиска иеисправности:
1. В схеме с самовозбуждением узел начального пи­
тания ШИМ преобразователя IC1 подключается
к выходу выпрямителя канала +12 В. В схеме, при­
веденной на рис. 3.2, это диод 018 и RC фильтр на
С17, С18 и R31. Если есть повреждение в цепи, свя­
зывающей связи указанные элементы. то началь­
ный импульс не дойдет до микросхемы IC1. Если же
существуют повреждения конденсаторов в цепи
фильтрации, то импульс, действующий на IC1/12,
будет очень коротким и внутренняя логика микро­
схемы не успеет выработать импульсы возбужде­
ния усилителя мощности.
2. Для проверки работы цепи подачи первичного пи­
тания на микросхему IC1 при подключении источ­
ника питания к сети переменного тока проконтро­
лируйте появление положительного импульса на
конденсаторе С18, его сглаживание на С17 и подачу
этого напряжения на вывод IC1/12. Контроль появ­
ления импульса начального питания. его преобра­
зование в цепи выпрямления и фильтрации и про­
хождение положительного напряжения на IC1/12
проводить относительно общего провода вторич­
ной цепи.
1. Блокировка ШИМ преобразователя может возни­
кать из-за сигналов. поступающих на входы IC1/15
и ICl/4. Ложное срабатывание защиты по вход�
IC1/15 может возникнуть, если нарушены связv
между резисторами R13 - R15. Если из трех резис­
торов с IC1/15 соединен только один R14, то на это,v
выводе будет отрицательное напряжение, поступа­
ющее от даNика длительности импульсов управле­
ния на трансформаторе ТЗ. Напряжение на IC1/1�
будет ниже уровня общего провода, к котором�
подключен вывод IC1/16. При таком соотношени�,
напряжений на указанных входах произойдет бло­
кировка импульсных последовательностей на вы­
ходах 1(1.
2. Для проверки данного узла следует при выключен•
ном источнике питания проверить все соединениs
элементов. подключенных к IC1/15, на соответствиЕ
принципиальной схеме. Если обнаружены повреж­
дения печатных проводников, их следует восстано
вить. В случае повреждения элементов, их необхо
димо заменить.
Возможная причииа: отказ элементов каскада за­
держки в1<Лючения защиты на транзисторе Q2.
Алгоритм поиска неuсправиости:
1. В начальный момент включения источника питания
вследствие появления импульса положительной
полярности на базе Q2 транзистор открывается
112
Основные неисправности, методы их поиска и устранения
ВозможнаR причина: происходит ложное сраба­
тывание защиты из-за нарушения электричес­
ких связей между элементами в эмиттерной
цепи Q1.
но затем она может отключаться вследствие появ­
ления сигнала блокировки.
4. Если такой эффект наблюдается, проверьте рабо­
тоспособность всех элементов, подключенных
к выводам IC1/1,2,4,15 Полное отсутствие перемен­
ных сигналов на сигнальных выводах и напряже­
ния +5 В на IC1/14 указывает на отказ микросхе­
мы и необходимость ее замены
5. После проведения необходимых замен элементов
все соединения восстановите.
6. Окончательное тестирование отремонтирован­
ного источника питания должно проводиться при
полной комплектации с подключением всех уз­
лов защиты.
Алlоритм поиска неисправности:
1. При нормальном режиме работы источника пита­
ния транзистор Q1 находится в проводящем состо­
янии. Уровень напряжения на его коллекторе бли­
зок к потенциалу общего провода. Если транзистор
Q1 неисправен или нарушены связи между элемен­
тами. подключенными к его эмиттеру, напряжение
на коллекторе будет иметь положительный уро­
вень Через диод D4 оно будет подаваться на вы­
вод IC1/4 и приведет к блокировке ШИМ преобра­
зователя. После nода.чи питания отключение
преобразователя в случае неисправности элемен­
тов каскада на Q1 происходит довольно быстро, по­
этому обычными измерительными приборами за­
фиксировать момент появления положительного
напряжения на аноде D4 оно достаточно сложно.
2. Чтобы убедиться в исправности этого каскада, нуж­
но при выключенном питании проверить правиль­
ность соединений элементов, подключенных
к эмиттеру Q1. Проверить сам транзистор Q1. Если
обнаружен неисправный элемент, его обязательно
нужно заменить на аналогичный по параметрам.
Транзистор Q1 можно заменить на отечественный
аналог КТ3107 с любым буквенным индексом.
Возможная причина: выход из строя резисторов
смещения в базовых цепях силовых транзис­
торов.
Алгоритм поиска неисправиости:
1. Если в результате проверок предыдущих пунктов об­
наружено отсутствие импульса начального питания
микросхемы IC1, необходимо проверить исправ­
ность элементов в базовых цепях силовых транзис­
торов. Отсутствие положительного смещения
в базовых цепях QS и Qб приведет к нарушению
условий автоrенерации начального импульса пита­
ния и к невозможности запуска.
2. Проверку проводить при отключенном напряжении питания.
Возможная причина: отказ микросхемы ШИМ
преобразователя или элементов промежуточно­
го усилителя.
Алгоритм поиска неисправности:
80,1можная причина: выход из строя резисто­
ров в делителе на R7 и R8.
Алгоритм поиска 11еисправности:
1. Если неисправен резистор R7, то вывод IC1/1 посто­
янно подключен к общему проводу через R8. На
входах усилителя ошибки DАЗ (схема на рис. 2 7)
постоянно будет присутствовать сигнал рассогла­
сования. заставляющий ШИМ преобразователь
увеличивать длительность импульсов управления
силовыми транзисторами. В результате наnряже•
ния во вторичных каналах будут чрезмерно возра стать, и включится защита по каналу +12 В. Либо от
датчика на трансформаторе ТЗ на микросхему IC1
поступит сигнал, свидетельствующий о слишком
большой длительности импульсов управления. что
также вызовет блокировку ШИМ преобразователя.
2. Отказ резистора R8 приведет к тому. что во вторич­
ных каналах уровни напряжений не будут повы­
шаться до номинальных значений. Соnротивления
резисторов в плечах делителей на R7. R8 и R9, R10
должны быть примерно одинаковы. Проверьте
правильность соединений этих резисторов и их
номиналы.
1. При отсутствии воздействий по входам ICl/4 и IC1/15,
приводящим к блокировке ШИМ nреобразоваля,
микросхема IC1 начинает функционировать сразу
после подачи питания на ее вывод 12. Проверку
исправности микросхемы IC1 следует проводить,
предварительно отключив все элементы, воздей­
ствующие на входы блокировки работы ШИМ пре­
образователя. Все нагрузки каналов вторичных
напряжений должны быть отсоединены. Для от­
ключения элементов защиты по выводу IC1/4 нужно
отпаять один из выводов диода D4. При этом оста­
нутся включенными элементы, обеспечивающие
процесс «медленного» запуска Отпаяйте один из
выводов резистора R14, при этом будет отключен
датчик контроля длительности импульсов возбуж­
дения силового каскада.
2. Включите источник питания. Проверьте генерацию
импульса начального питания по появлению поло­
жительного напряжения на выводе IC1/14. На вы­
воде \С1/12 должно появиться напряжение +5 В.
Появление пилообразного напряжения на выводе
IC1/5 будет свидетельствовать о нормальном за­
пуске внутреннего генератора.
3. Если все предыдущие проверки дали положитель­
ный результат, проконтролируйте появление им­
пульсов на выводах IC1/11 и \С1/8. Кратковремен­
ное появление импульсов на выходах микросхемы
может служить признаком нормального ее запуска,
Короткое замыкание в канале с отрицательным
номиналом напряжения не вызывает блокировки
источника.
Возможиа.я причина: нарушение электричес1сих
связей в канале защиты от перегрузки на Q1.
Алгоритм поиска шшсправности:
Такой эффект может возникнуть при КЗ в канале -5 В,
если неисправен диод D2 или он не подсоединен
113
Основные неисправноаи, методы их поиска и устранения
к выходу этого канала. Проверьте исправность ди­
ода и корректность его подключения в электри­
ческой цепи.
Вторичные напряжения в норме. С д�нным блоком mtтания компьютер пе включается.
Во:мюжная причина: нарушение работы узла
формирования сигнала �питание в норме».
Алгоритм поиска нeucnpaal1ocmu:
1. Каскад на транзисторе Q7 вырабатывает сигнал
высокого логического уровня с задержкой относи­
тельно времени установления вторичных напряже­
ний. При включении источника питания и появ­
лении вторичного напряжения +5 В на базе Q7
возникает положительный импульс, открывающий
транзистор. На его коллекторе устанавливается на­
пряжение, близкое к потенциалу общего провода.
Постепенно положительный заряд на отрицатель­
ной обкладке конденсатора С22 спадает и транзис­
тор Q7 закрывается. На коллекторе появляется на­
пряжение, уровень которого равен значению,
установившемуся во вторичном канале +5 В. В от­
сутствие этого сигнала не произойдет инициализа­
ции логики компьютерной системы.
2. Для того чтобы идентифицировать неисправность
в каскаде формирования сигнала «питание в норме»,
при включении источника проследите логику сраба­
тывания элементов, подключенных к транзистору Q7
и самого транзистора. Отказавший элемент замените.
В одном из вторичных каналов напряжение не
достигает номиналъноrо уровня.
Возможная прu"Чина: отказ одноrо из диодов вы­
прямителя или отсутствие у неrо электрической
связи с вторичной обмоткой.
Алгоритм поиска f1eucnpaa11ocmu:
1. Если произошел отказ выпрямительного диода, то
в контролируемый канал будет поступать энергии
в два раза меньше номинального уровня.
2. Проверьте электрические соединения выпрями­
тельных диодов и их исправность. В случае отказа,
замените на аналогичный по параметрам.
114
ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА
ДЛЯ ЗАМЕНЫ
РАДИОДЕТАЛЕИ
�
При проведении ремонтных работ нередко возникают ситуации, когда нет
возможности заменить вышедшие из строя элементы на оригинальные ком­
плектующие. По большей части это относится к полупроводниковым прибо­
рам. В настоящее время отечественной промышленностью выпускается до­
статочно широкий ассортимент диодов и транзисторов, используя которые
можно решить возникающие проблемы с элементной базой. Ниже предла­
гается сводная таблица по активным компонентам, наиболее часто приме­
няемым в импульсных источниках питания, их основные параметры
и наиболее близкие отечественные аналоги. В графе «Основные параметры»
приведены минимальные характеристики параметров, определяющих воз­
можность использования прибора в конкретной цепи.
Полупроводниковые приборы и их отечественные аналоги
Таблица П.1. Полупроводниковые приборы и их отечеавенные аналоги
Наименование
прибора
Уэеп источника
nитаниА
Основные
параметры
Отечественный
аналог
Транзистор 2SC9457
Вспомогательный
автогенератор
1...,,."= 7,5А,
U....., = 1200В
КТ 8127(А1-В 1)
Транзистор 2.SC4242
Усилитель
мощности
Транзистор 2SC945
Промежуточный
усилитель ,
каскады защиты
Транзистор 2SA733
Каскады защиты
Транзистор 2SA1015
Стабилизатор
канала +3,3В
Транзистор 2SСЗО39
Усилитель
мощности
Диод 1N5406
Выпрямитель
сетевого
напряжения
Диод 1N4148
Цепи импульсного
сигнала
Диод FR155
Усилитель
мощности
Диод FR102
Промежуточный
усилитель,
выпрямители
1,_,=7А,
U,..,., = 850 В ,
(.= 15 МГц
I.,,,. ,=ЮОмА,
U.,,,.,=50B,
h,.,= 200
1._ , = ЮОмА,
IJ,.... = 25 в,
h, = 150
1,..,. =ЮОмА,
u,,,...= 508,
h,,= 150
1,...._."" 14А,
u ......=500B,
f,.=15 МГц
I.,. ,....=2А,
U..,, = 400B
1 ,.. ,,..,= 200мА,
u..."° 75 в,
t,...,= 4нс
I.,.,=5А,
u....= 4oo в,
t_,=200нс
1.,.,= 1,5А,
U..,,= 200 В,
t.., = 200нс
Сборки диодов Шоттки
СТВЗ4М ,СТ Х128
КТ 8108(А1·В 1)
КТ8127(А1-В 1)
КТЗ102БМ , ЕМ
КТЗЮ7
КТЗЮ7Б,Е
КТ 8110(А, Б)
К Д240(В ,Е,И,К )
2Д253
2Д522Б, 2Д509А
2д253, 2Д254
2д254
2М ДШ145- 40Х·О.3
См. примечание 1
МПДЧ145-16Х
См примечание 2
Сборки диодов
CTL22S
Выпрямитель
канала +12 В
Микросхема TL494
ШИМ преобразователь
Микросхема 7805
Стабилизатор +5 В
U_,=+5:t:0,2B
КР142ЕН5А,В
Микросхема 7812
Стабилизатор +12 В
u_= +12 :t:0,5 в
КР142ЕН8Б,Д
Микросхема 7905
Стабилизатор -5 В
U _,=-5:t:0,2 В
КР1162ЕНSА,Б
Микросхема 7912
Стабилизатор -12 В
u....=-12:t:0,5 в
КР1162ЕН12А,Б
1 ,. .,.,= 10А,
u..,,= 200 в
КР1114ЕУ 4
Примечание 1. Отечествен.11.ы.е сборки яв}l,J/,ются
Примечание
Конструктивная
и функциональная
совместимость
Конструктивная
и функциональная
совместимость
Конструктивная
и функциональная
совместимость
Конструктивная
и функциональная
совместимость
Конструктивная
и функциональная
совместимость
аиалогом считается диодмя сборка фирмы Philips
типа BYQ28-200.
При подборе элементов замены особое внимание
следует уделять конструктивной совместимости
полуnроводни1<овых приборов. Прежде всего , дол­
жно учитываться функ циональное назначение вы­
водов и способ крепления прибора на теплоотво­
де. Сборки на основе диодов Шоттки в схемах
выпрямителей канала +5 В, могут быть использо­
ваны и в цепях канала +3,3 В.
футщио11альиЬLМи аиалогами, 1ю ко11структив,ю не
совместимы с оригииалын,1ми вьтрямительны.ми
элеме11.тами. Конструктивным и фуикциональш,LМ
аиалогом считается сборка иа осиове диодов Шот­
тки фирмы Philips типа РВУRЗ045РТ.
Примечание 2. Отечествет�ые сборки являются
фуикцио,юльи.ЬLМи а11алогами, ,ю коиструктив,ю ш1
совместимы с ориги11альш,1.ми выпрямительными
элемеитами. Ко11структив11ым и фуикциоиалын,LМ
176
Цветовая маркировка резисторов
В современных электронных приборах широко
применяются резисторы с маркировкой в виде цвет­
ных полос. Отечественные резисторы типа С2-23
также выпускаются с аналогичной маркировкой.
Номиналы резисторов кодируются четырьмя или
пятью полосами. Пять полос имеют резисторы, но­
миналы которых определяются с точностью до тре­
тьего знака. Внешний вид резисторов с маркиров­
кой полосками представлен на рис. П.1.
Расшифровка кодовых обозначений цветовой
маркировки приведена в табл. П.2.
Определение номиналов резисторов с •1етырьмя
и пятью полосами проводятся на основе данных,
приведенных в табл. П.2. У резисторов с четырь�tЯ
полосами первая и вторая полосы определяют соот­
ветственно первую и вторую цифры номинала со­
противления, третья полоса - множитель, на 1<ото­
рый следует умножить значение первых двух цифр.
Три первые полосы у пятиполосных резисторов обо­
значают три цифры номинала, четвертая полоса множитель. Последняя полоса для каждого типа
маркировки - это допуск. Множитель - число де­
сять в степени, показатель которой определяется
цветом соответствующей полосы. В табл. П.2 коэф­
фициент �к• обозначает тысячу (третья степень чис­
ла 10), а •М• - миллион (шестая степень числа 10).
Рис. П.1. Маркировка номиналов резисторов
цветными полосками
Таблица П.2. Цветовая маркировка резисторов
1-11 nonoca
2-11 полоса
З-11 nonoca
Черный
Коричневый
о
о
о
1
1
1
Красный
2
3
4
2
3
4
2
3
4
Цвет
Оранжевый
Жеmый
Зеленый
5
5
5
Синий
Фиолетовый
6
7
6
7
6
7
Серый
Белый
Золотиаый
8
8
8
9
9
9
Множитеnь
Допуск
1
10
100
±1%
±2%
1К
10К
lOOK
1М
10М
0,1
0,01
Серебряный
117
±0,5%
±0,25%
±0,1%
±0,05%
±5%
±10%
ВНИМАНИЕ!
Вь1 можете стать активным участником npoqecca
книrоиэдани• в Россииl
Заполните предлагаемую анкету и укажите, книги на какие темы Вас интересуют.
При полном заполнении анкеты Вы получаете возможность в течение 6 месяцев пользоваться 10% скид­
кой при приобретении компьютерной и радиотехнической литературы, имеющейся в нашем Internet-мara­
зинe, выпускаемой как •дМК,;, так и другими издательствами (всего 700 наименований). Для этого доста­
точно получить логин и пароль, которые Вы будете использовать при входе в Internet-мaraзин на сайте
www.dmk.ru. Узнать логин и пароль Вы можете, позвонив по тел. 369-33-60 или прислав письмо по элек­
тронной почте (info@dmk.ru) после отправки анкеты по адресу: 105023, Москва, nл. Журавлева, д. 2/8, оф. 400.
1. fде Вы при обрели эту книгу? _________ _ _______
а
(в магзине (адрес), на рынке. у знакомых)
2. Вы приобрели эту книгу за __ руб. Это очень дорого □ приемлемо □ дешево □
5
4
3
2
1
3. Оцените по 5-балльной системе:
а) качество выполнения иллюстраций
б) качество изложения материала
в) актуальность рассмотренных тем
r) общее впечатление от книги
□
□
□
□
□
□
□
□
4. С какой целью Вы приобрели эту книгу?
а) книга необходима Вам по работе
б) для самостоятельного изучения предмета
в) почитать для общего развития
□
□
□
□
□
□
□
□
□
□
□
□
О
01
О
5. Если Вы обнаружили какие-либо оumбки или неточности в книге, пожалуйста, перечислите их
ниже ( с указанием номеров страющ) ________________________
npeдnaraeм Вам
nрин■ть участие в nодrотовке наwих 6удущих иэданий.
An• этоrо ответьте на нижес.nедумtщие воnросы:
Наиболее актуальные, по Вашему мнению, темы компьютерной и радиотехнической литературы
Основ11ые аспеkТЬI, которые, с Вашей точки зреШIЯ, должны быть подробно рассмотре11Ь1 в кннrе___
Примерный объем (число страНIЩ) __________________________
Уровень читателя (начинающий, опытный пользователь, ... ) ________________
Приемлемая для Вас цена ____ руб.
Мы npиrnawaeм авторов к сотрудничеству.
nиwите no адресу: books@dmk.ru. Факс: 369-78-74
СДЕЛАЙТЕ ПРИЯТНОЕ ВАШИМ ДРУЗЬЯМ
ПРИГЛАСИТЕ ИХ С СОБОЙ НА ПРОГУЛКУ В НАШ INТЕRNЕТ-МАГАЗИН на сайте
\Wlf\N.dmk.ru
-.-•=.
r.
.
-
-
-
, .. --� . -
-
-
-
....
·.-
-
�-�
(�' ·• HHJJ,{Jl� .д.п ь Б о МЬ/' c:wc.·M - п;о/ч l·O-JJi{ ·•.·_
1
.1
•
ВЫ ЗАНИМАЕТЕСЬ РЕМОНТОМ БЫТОВОЙ ТЕХНИКИ?
У нас есть, что Вам преАЛожитьl
В наwем катаnоrе nредстааnено литература для ремонта андеомаrнитофоноа
н аидеоnnейероа, телеаизороа и моноблокоа, телефоноа, раднотелефоноа и
овтоответчикоаl А именно·
- 29 аnьбомоа схем зарубежных видеомаrнитофоноа и аидеоnлейеров,
- ,4 альбома схем зарубежных видеокамер,
- 7 альбомов схем телефонов, радиотелефоliОВ и автоответчиков,
- J 9 альбомов схем аудиотехники,
- 29 альбомов схем телевизоров цаетноrо изображения зарубежного nроизводстаа,
- ,4 альбома схем телевизоров цветного изображения отечественноrо производства,
- инструкции по вхождению а режим сереисо телевизоров с помощью пульта ДУ,
• свыше 1 ООО наименований кннr и журt1аnов ведущих рад14отехничес.ких издательств Россниl
С содержанием альбомов можно ознакомиться в ИНТЕРНЕТе но сайте www.deuy.ru
Дn11 получени11 всего КАТАЛОГА nриwлите в конверте почтовые морки России но сумму 10,00 руб. и
укажите Ваш полный оброт}fыЙ адрес.
По11у"ить котолоr по электронной почте можно приела• письмо по адресу: boolcs@dossy.гu илн
nолу'fИТ► на сайте www.dessy.ru
нкросхемы, транзисторы, rнрисrор..,, оnтронw, диоды, диодные мосты1
стаб№нтроны, стабнсторы, фильтрw, резонаторы, -трансформаторы стр
сторы, термисторы, резнсторы керамические, механические
атн.кн. видеомагнитоф онов, видеоr олоекн е
еало, nультw ДУ.
Воэьмите КАТАЛОГ с нашего WеЬ-сереера
WWW.SOLON.RU <http://www.SOLON.RU>,
либо сообщите своi:1 а.дрес 11 каталоr будет
выслан наложенным матежом.
Цена 25 рублей + почтовые р асходы.
гни тоф
••
Серия ◄ Ремонт и обслуживание ►
Выпуск 22
Куличков Александр Васильевич
Импульсные блоки питания для IBM РС
Главный редактор
Научный редактор
Литературны_й редактор
Технический редактор
Верстка
Графнка
Дизайн обложк:1
Захаров И. М.
Козлов В. В.
Ишков М. Н.
Прока С. В.
Белова И. Е.
Бахарев А. А.
ЛJ1То1tов А. И.
ЛР № 065625 от 15.01.98
Подписано в печать 27.06 2000. Формат 60х88 1/4.
Гарнитура сПетербурr•. Пс11ать офсетная.
Усл. nеч. л. 15. Тираж 5000 экэ. Зак .№ 717
Издательство сЛАЙТ Лтд•,
113093, Москва, Б. Серпуховская, 8/7, стр. 2
Отпечатано в типографии № 9,
Воло-чаевская, 40.
