|
|
|
|
« Апрель 2024 » |
---|
Пн | Вт | Ср | Чт | Пт | Сб | Вс |
---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Источники питания конструктива АТХ для компьютеров.
|
|
|
|
|
|
Компьютерная техника в последнее время стремительно развивается - совершенствуется технология изготовления, высокими темпами растут быстродействие, емкость оперативной и буферной памяти, емкость жестких дисков. На фоне такого стремительного развития компьютеров блоки питания изменились незначительно. За последнее время самое существенное изменение связано со способом включения блока питания. В блоках питания, выпускаемых ранее, включение производилось механическим замыканием контактов, через которые подается высокое внешнее напряжение сети. В последнее время широкое развитие получили источники питания типа АТХ.
УСТРОЙСТВО И РАБОТА.
- Стандарт ATX (AT Extension) установлен корпорацией INTEL с введением нового формфактора на материнские платы (формфактор - отношение ширины платы к ее длине, а также план размещения посадочных гнезд). Появление нового формфактора обусловлено ожидаемым расширением возможностей персональных компьютеров: аудио- и видеовходы, поддержка виртуальной реальности, реализация ввода-вывода TV, а также факсмодема. Стандарт АТХ предполагает снижение общей стоимости комплектующих за счет уменьшения длины кабелей, снижения их числа посредством схемотехнических решений, карт. Снижение числа компонентов на плате предполагает и смену корпусов, поскольку новые платы не соответствуют старым корпусам по габаритам.
- В источниках питания для конструктива АТХ (в дальнейшем - источник) изменен разъем для подключения питания к системной плате. Он имеет 20 контактов, и через него подаются напряжения ±5В, ±12В, +3.3 В (для будущих моделей PCI плат расширения). Кроме того, на разъем выводится сигнал "P5-ON", предназначенный для выключения питания программными средствами, например, по команде “Shut down the comp u ter” ("выключить компьютер") в среде WINDOWS.
- В связи с этим в блок питания добавлен вспомогательный источник дежурного питания *+5 V5B" и дистанционное управление включением и выключением выходов источников постоянного напряжения. Все выходные напряжения, кроме "+5 VSB", запрещаются сигналом лог. "1° на входе "PS-ON".
- Спецификой источников конструктива АТХ являются высокие массогабаритные характеристики при средней мощности 230 Вт:
- • КПД не менее 65% при полной нагрузке на всех выходах;
- • значительный диапазон изменения тока нагрузки - от 10 до 100%;
- •низкий уровень шума и пульсаций всех выходных напряжений;
- • низкий уровень излучения электромагнитных помех;
- • хорошая изоляция выходных напряжений от питающей сети;
- • широкий диапазон допустимого напряжения сети -180...265 В для стандарта 220 В и 90...135 В для стандарта 110 В;
- • рабочий диапазон изменения частоты питающего напряжений от 48 до 63 Гц;
• диапазон рабочих температур от 0 до 40°С при относительной влажности от 10 до 85% без выпадения конденсата. -
-
Рис.1. Структурная схема блока питания.
- CD-сетевой выпрямитель;
- И - регулируемый инвертор;
- ВПр - вспомогательный преобразователь для “+5VSB”
- УМ - усилители импульсов базового тока силовых ключей инвертора;
- ВФ - выпрямитель и сглаживающий фильтр;
- СС - схема сравнения;
- М - модулятор;
- СТ - линейный стабилизатор “+5VSB”;
- ВВ - вспомогательный выпрямитель;
- Структурная схема источника (рис. 1) состоит из двух функциональных узлов - сетевого выпрямителя (СВ) и преобразователя напряжения (ПН). Преобразователь напряжения включает в себя конвертор (К) и устройство управления (УУ). Конвертор, в свою очередь, состоит из инвертора (И), преобразующего постоянное выходное напряжение СВ в переменное прямоугольной формы; силового трансформатора, работающего на повышенной частоте (- 60 кГц) и обеспечивающего гальваническую развязку сети с нагрузкой; выпрямителя и высокочастотного LC фильтра (ВФ). Устройство управления обеспечивает мощные транзисторы инвертора импульсами возбуждения изменяемой длительности, реализуя, таким образом принцип широтно-импульсного регулирования и стабилизации выходного напряжения Uн.
- Кроме того, устройство управления выполняет функции плавного включения и аварийного отключения блока питания.
- Согласование маломощных выходных сигналов логических элементов УУ с входами силовых транзисторов выполняется усилителями импульсов (УИ) через трансформатор Т2, который обеспечивает гальваническую развязку.
- Схема вспомогательного преобразователя (ВПр) обеспечивает напряжениями питания усилители импульсов, узлы схемы управления и линейный стабилизатор “+ 5VSB”. После запуска инвертора устройство управления получает питание от вспомогательного выпрямителя (ВВ).
-
-
Рис2. Принципиальная схема блока питания.
-
- Сетевой выпрямитель (рис. 2) выполняет функции выпрямления напряжения сети и сглаживания пульсаций; обеспечивает режим плавной зарядки конденсаторов фильтра С5 и С6 (терморезистор ТН1 ограничивает пусковой ток заряда конденсаторов С5, С6 до допустимого значения) при включении источника; обеспечивает бесперебойность подачи энергии в нагрузку при кратковременных (до 300 мсек.) провалах напряжения сети ниже допустимого уровня и уменьшает уровень помех за счет применения помехоподавляющих фильтров (элементы CXI, BL1, BL2, BL3, CY1, CY2, C1,LF1,C2, СЗ, С4).
- Для выравнивания напряжений конденсаторы С5 и С6 шунтируются резисторами R2, R3 (с допуском не более ±2%), которые, к тому же, обеспечивают разрядку этих конденсаторов при выключении источника питания.
- На выходе СВ формируется постоянное напряжение, которое может составлять 264 - 340В для однофазной сети - 220В с учетом допуска - 15%.- + 10%.
- Двухполюсный выключатель SW1 коммутирует исходное сетевое напряжение. Ключ SW2 служит для перехода на стандарт питающего напряжения -110 В.
- При его замыкании выходной выпрямитель переходит режим удвоителя напряжения по схеме Латура.
-
Рис.3 – Временные диаграммы коммутационных процессов переключения силовых транзисторов Q1 и Q2.
Силовая часть регулируемого инвертора выполнена по полумостовой схеме на транзисторах Q1 и Q2 (рис. 2). Транзисторы Q1 и Q2 открываются противофазно на равные временные интервалы f1 и f2 (рис. 3).
- Временные интервалы открытого состояния транзисторов разделены защитным интервалом At, исключающим возникновение сквозного тока через Q1 и Q2. Выходной сигнал инвертора подается через токовый датчик Т4 на первичную обмотку силового трансформатора Т1. Силовой трансформатор Т1 подключается к выходу емкостного делителя напряжения С5, С6 через конденсатор С7, исключающий подмагничивание сердечника трансформатора и одностороннее насыщение его магнитопровода в установившемся режиме работы. Защиту от коммутационных импульсов напряжения обеспечивают варисторы VD1 и VD2. Цепочка R4, С8, шунтирующая первичную обмотку трансформатора Т1, снижает добротность резонансного контура, что также способствует уменьшению импульсных помех.
- Возвратные диоды D1 и D2 ограничивают напряжения на коллекторах транзисторов Q1 и Q2, обеспечивая их безопасную работу в инверсном режиме при возврате реактивной энергии, накопленной в нагрузке и трансформаторе, в систему электроснабжения через открытый транзистор.
- Усилители импульсов на транзисторах Q4 и Q5 сигналами от IC1 (TI494) с помощью согласующего трансформатора Т2 управляют работой силовых ключей (транзисторы Q1 и Q2). Особенностью работы данных усилителей является положительное напряжение смещения на емкости С15. Падение напряжения на диодах D10 и 01 1 используется для динамического запирания транзисторов Q4 и Q5.
- Управление базовыми цепями транзисторов Q1 и Q2 осуществляется через ускоряющие цепочки D3, R7, С9, R5 и D4, R8, С10, R6. которые форсируют прямые и обратные токи баз Q1 и Q2 на этапах их включения и выключения.
- Трансформатор Т4 служит для формирования сигнала аварийного выключения источника при превышении мощности потребления свыше 250 Вт. Порог срабатывания защиты устанавливается переменным резистором VR1.
- На магнитопроводе силового трансформатора Т1 располагаются вторичные обмотки дли получения выходных напряжений ±12B, ±5В, +3.3В. Выпрямители напряжений вторичных обмоток выполнены по двух-полупериодной схеме, причем для получения выходных напряжений +12В, +5В, +3.3В используются сдвоенные диоды, усыновленные на радиаторе. Трансформатор Т5 снижает уровень синфазных помех в выходных напряжениях +12B, +5В, -12В. Широтно-импульсная стабилизация применяется только для самых мощных источников “+12 V” (1макс. = 8 А) и "+5 V"(1макс.=22 А).
- В этой ситуации стабильность остальных источников оказывается недостаточной, и для ее повышения используются либо интегральные линейные стабилизаторы напряжения (IC4 в канале -12 V и IC5 в канале -5 V), либо стабилизатор на дискретных элементах (канал "+3.3 V"). Последний выполнен на регулирующем транзисторе Q10, резисторах R60...R63, VR3, конденсаторе СЗ и микросхеме IC7. Микросхема IC7 (TL431J представляет собой маломощный регулируемый стабилизатор постоянного напряжения параллельного типа положительной полярности и используется в качестве регулируемого источника опорного напряжения ("регулируемого стабилитрона") [3].
- Вспомогательный преобразователь, обеспечивающий напряжениями питания узлы устройства управления и источника "+5 VSB", представляет собой однотакткный преобразователь напряжения (ОПН) с самовозбуждением. Положительная обратная связь обеспечивается дополнительной обмоткой, расположенной на магнитопроводе трансформатора ТЗ.
- Резистор R10 обеспечивает самовозбуждение ОПН посредством начального запускающего тока в базу транзистора Q3. Демпфирование импульсного коллекторного напряжения транзистора выполняется цепью R14, C13.
- Большие коммутационные перегрузки транзистора Q3 по току коллектора являются основным недостатком рассмотренной схемы, и требует применения довольно мощного высоковольтного ключевого транзистора, например 2SC4020.
- Выходное напряжение "+5 VSB" формируется из выпрямленного диодом D20 c помощью линейного стабилизатора IC3. Питание в ВПр осуществляется от сетевого выпрямителя через резистор R9.
- В данном источнике в качестве схемы управления TL494, предназначенной для управления импульсными источниками вторичного электропитания различного вида [3]. Ее аналогами являются ИМС mРС494, IR3MO2, КА7500 и отечественная КР1114ЕУ4.
- Питание микросхемы в установившемся режиме работы осуществляется от вторичной обмотки трансформатора Т1 через выпрямительный диод D22. Микросхема имеет встроенный источник опорного напряжения (ИОН), обеспечивающий стабильным напряжением остальные узлы ИМС, а также элементы токовой защиты: транзисторы Q6...Q8, микросхему IC2 и др. ИОН формирует опорное напряжение +5B ± 1% на выходе (вывод 14) при подаче на вход (вывод 12) напряжения 27 В.
- Частота внутреннего задающею генератора задается элементами R26 и С17, подключенными соответственно к выводам 6 и 5 ИМС. При R26 = 16 кОм и С17 = 1000 пФ получим f = 66 Гц (Т = 15мксек). Выходное напряжение ИОН через делитель R25, установленный в этом делителе, определяет временные включении напряжения питания или после срабатывания соответствующих схем защиты.
- Вывод 1 ИМС является входом схемы сравнения. Уровень выходных напряжений источника устанавливается потенциометром VR2. Потенциометр VR2 регулирует напряжение, получаемое с выходов самых мощных источников +12В и +5 В. Корректирующая цепь R22, С16 обеспечивает устойчивый режим стабилизации.
- Сигнал с вывода 3 ИМС TL494 используется для образования сигнала РOWER GOOD. Сигнал проходит через резистор R23, транзистор Q6 и операционный усилитель IC2. С вывода 1 усилителя IC2 на резисторе R51 образуется сигнал лог. “1” с временем задержки от 100 до 500 мсек. при включении и не более 1 мсек. при выключении. Время задержки при включении определяется емкостью С19.
- Второй операционный усилитель в IC2 (LM393) используется в токовой защите. При увеличении мощности, потребляемой источником, более 250 Вт напряжение с потенциометра VR1 через диод D13 поступает на вход компаратора ИМС LM393 (вывод 6). Отрицательное выходное напряжение с вывода 7 IC2 инвертируется транзисторам Q9 и через диод D18 поступает на вывод 4 IC1, запрещая выходные
- Схема на резисторах R40, R48, R52, R54, R55, диодах D19, D23, D24, стабилитронах ZD2, ZD3 и конденсаторе С28 используется также для получения положительного напряжения защиты при перегрузках источников +33В, +6В, -5В, -12В или превышении напряжений на выходах источников +3.3В и +5В.
- Каскад на транзисторах Q7 и Q8 и управляемом стабилитроне IС6 (ТL431) используется для дистанционного включение и выключения источника сигналами с лог. 0 и лог.1 соответственно.
- Блоки питания формата АТХ оснащены схемой терморегулирования: скорость вращения охлаждающего вентилятора зависит от температуры внутри корпуса – на максимальную скорость вентилятор выходит только при температуре превышающей +40 градусов. Таким образом, при нормальной температуре источники обладают пониженным уровнем шума.
НЕИСПРАВНОСТИ.
- Наиболее часто встречающиеся неисправности в источнике питания типа АТХ:
- 1. В дежурном режиме работы (“STANDBY”) выходит из строя транзистор Q3 (2SC4020: Iк макс = 3 А, Uкэ макс = 800 В) и сгорает резистор R9 (4.7 Ом, 2 Вт).
- 2. В процессе работы чаще всего отказывают элементы, связанные с изменением внешнего напряжения питания: диоды D1 и D2 (FR107 - SILITEK: 1A, 1000В) или варисторы VD1 и VD2 (VF07M10241K -THOMSON);
- 3 Реже выходят из строя следующие детали: резисторы R7, R8 (39 Ом, 1/8 Вт), транзисторы Ql, Q2 (2SC4242: Iк макс. = 7А, Uкэ макс. - 400 В), трансформатор Т2. При этом выгорает предохранитель F1 (5А, 250 В).
- 4. Значительно реже происходит отказ вентилятора, но это также приводит к печальным последствиям от перегрева выгорают дроссели LI, L2.
Ю. Гончаров и А. Орехов
- ЛИТЕРАТУРА:
- 1.Ромаш Э.М. и др. Высокочастотные транзисторные преобразователи - М.: Радио и связь, 1988.
- 2. Сергеев В.С. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного электропитания: Справочник. - М.: Радио и связь, 1992.
- 3. Шевцов Д.А. Справочное пособие по зарубежным ИМС управления импульсными источниками вторичного электропитания. М.: АО 'Звезды и С', 1994.
|
|
|
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем. |
|
|
Другие новости по теме: |
|
|
Переходник USB – com (RS232) на новой микросхеме FT232R от FTDIРемонт ЖК индикатора WH 2004A YYK CP фирмы WinstarИсточники питания конструктива ATX для персональных компьютеровДетектор работы вентилятора.УМЗЧ с выходным каскадом на полевых транзисторах
20 августа 2009 | Просмотров: 31 478
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|