2.4.3. Импульсный усилитель мощности

Каскад усилителя мощности импульсного преобразователя подключен к выпрямителю на диодах D11 — D14. Выпрямленное напряжение первичной сети фильтруется комбинированным фильтром, состоящим из дросселя Т и последовательно соединенных электролитических конденсаторов С5 и С6. Параллельно каждому конденсатору фильтра подключены резисторы R30 и R31 соответственно, Включение резисторов не обязательно, поэтому не все производители источников питания применяют их в своих конструкциях. Резисторы используются для ускоренного разряда емкостей фильтра при выключении источника питания. Конденсаторы С5 и С6 в данном варианте схемы имеют двойное назначение: первое — фильтрация выпрямленного сетевого напряжения питания и второе— работа в составе схемы полумостового усилителя мощности. Эти конденсаторы вместе с силовыми транзисторами Q9 и Q10 образуют схему полного моста, в диагональ которого последовательно с конденсатором С7 включена первичная обмотка силового импульсного трансформатора ТЗ. Общее описание полумостового усилителя приведено в главе 1. Там же соотношением (1.13) были установлены минимальные требования к емкости конденсаторов полумостовой схемы. В импульсных источниках для персональных компьютеров, как правило, применяется схема 020 емкостью 0,5 — 1,0 мкФ и рабочим напряжением не менее 200 В.

Параллельно каждому силовому транзистору Q9 и Q10 установлен защитный диод D23 и D24 соответственно, устраняющий выбросы напряжения в моменты коммутации транзисторов, а также служащий для создания пути частичного возврата энергии, запасенной в силовом импульсном трансформаторе, в источник первичного питания. Наличие конденсатора С7 исключает насыщение сердечника трансформатора ТЗ при возникновении асимметрии временных интервалов протекания тока через первичную обмотку ТЗ. Конденсатор С7 устраняет постоянную составляющую в цикле перемагничивания сердечника и этим исключает увеличение токовой нагрузки на одном из силовых транзисторов. К первичной обмотке трансформатора ТЗ подключена демпфирующая RC цепь на элементах R48 и С25; Цепь предназначена для гашения паразитных высокочастотных колебаний, возникающих в моменты переключения транзисторов в контуре, образованном межвитковой емкостью первичной обмотки ТЗ и ее индуктивностью рассеяния. Конденсатор С25 дополняет общую паразитную емкость первичной обмотки трансформатора ТЗ, что приводит к снижению частоты паразитных колебаний и уменьшению их амплитуды. Ввод резистора R48 в колебательный контур снижает его добротность и способствует ускорению затухания колебательного процесса.

Усилитель мощности работает под управлением колебаний, сформированных ШИМ регулятором. С помощью трансформатора Т2 осуществляется согласование уровней импульсных колебаний его первичной цепи и входом силового каскада. Входная сигнальная цепь усилителя мощности образована вторичными обмотками трансформатора Т2 и элементами, установленными между этими обмотками и базами транзисторов Q9 и Q10. Энергетические характеристики импульсных последовательностей управления и параметры трансформатора выбираются на основании оценки:

• усилительных свойств транзисторов силового каскада;

• структуры базовой цепи силового транзистора;

• инерционных свойств транзисторов, примененных в усилителе мощности.

Усилительный каскад (см; рис. 2.2) отличается от источников питания, используемых для компьютеров типа АТ и более ранних моделей. Силовой каскад в источниках питания АТХ форм-фактора работает исключительно под управлением внешних колебаний, поэтому базовые цепи транзисторов ()9 и Q10 имеют структуру, обеспечивающую только работу в этом режиме. Здесь нет никаких элементов смещения, предусмотренных для начального автозапуска.

Каждая из вторичных сигнальных обмоток трансформатора Т2 подключается к соответствующем силовому транзистору между базовой цепью пассивных элементов и эмиттером этого транзистора Включение вторичных обмоток согласующее трансформатора Т2 выбрано таким образом, чтоб обеспечить подачу отпирающих импульсов в базовые цепи транзисторов Q9 и Q10 в противофазе Микросхемой IC1 сформированы две последовательности, поступающие на двухтактный усилительный каскад на транзисторах Q7 и Q8. Во время коммутации Q7 и Q8 во вторичных обмотка трансформатора Т2 наводится ЭДС самоиндукции. В дальнейшем при обсуждении вопроса о про хождении сигналов на вторичных обмотках Т2, м рассмотрим и форму напряжения в точках подключения этих обмоток к анодам диодов D21 и D22. В время закрывания транзистора Q8 импульс положительной полярности появляется на вторично" обмотке, подсоединенной к базовой цепи транзит тора ()9. Соответственно при запирании транзистора Q7 аналогичный сигнал возникает на обмотка соединенной с базовой цепью Q10. Каждый из транзисторов в паре Q7 и Q8 управляет силовым транзистором. Сигналы управления, то есть импульс положительной полярности, разнесены во времен и разделены паузами — интервалами «мертвая зона Вид импульсных сигналов на вторичных обмотк трансформатора Т2 и напряжения на базах транзит торов Q9 и Q10 представлен на рис. 2.12. На том ж рисунке изображены напряжения на коллектора Q7 и Q8.

На диаграмме напряжения на рис. 2.12а показа общий вид импульсной последовательности, формируемой на коллекторе транзистора Q8. На рис.'2.12 представлен вид сигналов на базовой обмотке тpaнзистора Q9. Импульсы положительной полярность на этой обмотке образуются во время транзистора Q8. Форма сигнала непосредствен на базе транзистора Q9 приведена на диаграмм (см. рис. 2.12в). Таким образом, импульсы положи тельной полярности на всех элементах базово цепи Q9 синфазно с сигналом на коллекторе транзистора ()8

Аналогичная картина наблюдается при работе транзистора Q7 и базовой цепи силового транзистор О10. Сигналы в этих цепях также синфазны. Их вид показан на диаграммах (см. рис. 2.126 — сигнал на коллекторе Q7, рис. 2.12г — последовательность на базе Q10, рис. 2.12д — форма импульсов на базовой обмотке Q10).

Измерение напряжений на коллекторах Q7 и Q8 проведено относительно общего провода вторичных напряжений. Напряжения на вторичных обмотках и базах транзисторов Q9 и Q10 измерены относительно эмиттера соответствующего транзистора. Импульсный сигнал в базовой каждого силового транзистора имеет три уровня и три различных рабочих интервала. Рассмотрим каждый рабочий интервал на примере транзистора Q9. Можно предположить, что цикл начинается с фронтом импульса положительной полярности. Импульсы воздействуют на переход база-эмиттер, открывая транзистор и переводя его в режим насыщения. В интервале действия положительного уровня.

Базе состояние открытого транзистора не изменяется. Затем следует спад положительного импульса, транзистор Q9 переходит в закрытое состояние Длящееся 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 нa второй транзистор усилителя — Q10 поступает положительный импульс, и он открывается. На отрицательный импульс вновь сменяется ввиертвой зоной», сохраняя его в режиме отсечки 10, Следующий фронт импульса положительной полярности завершает данный цикл и начинает новый. Стадии работы транзистора Q10 полностью алогичны, но сдвинуты по времени относительно написанного процесса. Интервалы «мертвой зоны» по времени для обоих транзисторов совпадают.

Транзисторы Q9 и Q10 работают в ключевом режиме. Включаясь поочередно, они попеременно включают вывод первичной обмотки ТЗ (точка зернения эмиттер ()9 — коллектор ()10), то к потельному потенциалу источника первичного ужения (положительная обкладка конденсатор C5), то к отрицательному (отрицательная конденсатора С6). При открытом транзисторе Q9 через первичную обмотку трансформатора Т3 протекает ток по цепи: положительная обкладка конденсатора С5 — переход коллектор-эмиттер транзистора О9 — первичная обмотка трансформа Т3- конденсатор С7 — точка соединения конторов С5 и С6. В течение этого интервала проходит частичная подзарядка конденсатора С6,

разрядка конденсатора С5 и перемагничивание сердечника трансформатора ТЗ. В течение «мертвой зоны» значение заряда на конденсаторах С5 и С6 практически не меняется, так как постоянная времени разряда этих конденсаторов через резисторы R30 и R31 гораздо больше интервала «мертвой зоны». В течение «мертвой зоны» оба силовых транзистора Q9 и Q10 закрыты. В этот момент их можно рассматривать, как пару высокоумных сопротивлений, включенных последовательно. Одинаковые 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 интервала мертвой зоны». При открывании транзистора Q10 направление протекания тока через первичную обмотку трансформатора ТЗ изменяется на противоположное. Цепь протекания тока в этом случае следующая: точка соединения конденсаторов С5 и С6 — конденсатор С7 — первичная обмотка трансформатора ТЗ — переход коллектор-эмиттер транзистора Q10 — отрицательный полюс первичного источника питания. Конденсатор С5 в это время получает дополнительный заряд, а конденсатор С6

частично разряжается. Во время открывания транзистора Q10 перемагничивание сердечника ТЗ происходит в направлении, обратном предыдущему. Если баланс циклов открывания и закрывания транзисторов Q9 и Q10 соблюдается, то перемагничивание сердечника происходит симметрично. Напряжение в точке соединения С5 и С6 в этих условиях сохраняется постоянным на уровне, равном половине напряжения питания.

При проектировании источника питания и расчете элементов базовой цепи силового транзистора основное внимание уделяется обеспечению максимальной скорости его переключения. Чем короче этап переключения, тем меньше выделяется тепловой энергии и выше общий КПД импульсного преобразователя напряжения. Для ускорения процесса переключения в базовую цепь транзистора Q9 включена цепочка: конденсатор С21 — диод D21— резистор R36. Аналогичная последовательность из элементов С22, D22 и R37 имеется в базовой цепи транзистора Q10. 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 взаимодействия 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 () 10, нужно учитывать временной сдвиг.

В начальный момент возникновения положительного напряжения на обмотке, подключенной к базовой цепи транзистора Q9 (положительная обкладка конденсатора С21), конденсатор С21 разряжен и представляет собой коротко замкнутую цепь. По цепи: конденсатор С21 — резистор R40, переход база-эмиттер транзистора Q9 — начинает протекать максимально возможный ток. Такой скачок тока позволяет произвести резкое открывание транзистора Q9. По мере зарядки конденсатора С21 происходит 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 R36, через которые протекает ток базы транзистора Q9, поддерживающий его в открытом состоянии после зарядки конденсатора С21. По окончании положительного импульса в обмотке трансформатора Т2 и начала мертвой зоны» резко, благодаря заряженному конденсатору С21, меняется полярность напряжения, приложенного к переходу база-эммитер транзистора Q9. Это приводит к ускоренному закрыванию транзистора Q9 и рассасыванию избыточных носителей в базе.

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 элемент имеет существенное значение для работы всей схемы. При отсутствии диода происходил бы постепенный перезаряд емкости конденсатора С21, и базовый потенциал транзистора Q9 постепенно приближался бы к потенциалу его эмиттера, снижи степень его «закрытости». На диаграмме, приведенной на рис. 2.12в (а также на рис. 2.12г), интерны «мертвой зоны» отмечен прямой ниспадающей линией с уровнем примерно — 0,7 В.

При возникновении на базовой обмотке импульса отрицательное полярности, соответствующего открыванию транзистора Q10, усиливается степень закрывании транзистора ()9, надежно поддерживая его в этом состоянии, в то время как транзистор Q10 открыл и находится в проводящем состоянии. После отрицательного импульса на переход база-эмиттер транзистора Q9 вновь воздействует сигнал паузы, и транзистор ()9 сохраняет закрытое состоянии. А для транзистора Q10 наступает время первичного выхода из проводящего состояния. Завершения второго интервала мертвой зоны» для Q9 наступает с приходом нового фронта импульса положительной полярности. Рабочий цикл для Я9 вновь начинается с ускоренного открывания этого транзистора током, протекающим через конденсата С21. На базовую цепь транзистора Q10 поступь отрицательный импульс напряжения и, благодаря действию конденсатора С22 и диода D22, в эта промежуток времени он находится в закрытом состоянии.

После пояснений работы элементов базовых цепей силовых транзисторов становится понятно, почему конденсаторы С21 и С22 являются ускоряющими или форсирующими процесс переключена транзисторов полумостового усилителя из состояния отсечки в проводящее и обратно. Наличие D21 и D22 влияет на поддержание потенциала на базах Q9 и Q10 в течении интервалов «мертвой зоны» и действия импульсы отрицательной полярности.

В завершение описания работы силового приведем диаграммы напряжений в точке соединения эмиттера Q9 и коллектора Q10. На рис. 2.1 представлены три диаграммы, показывающие падение силового каскада в целом при изменении уровня нагрузки во вторичных каналах.

На рис. 2.13а показана форма напряжения и1 коллекторе транзистора Q10 при полном отсутствии нагрузки во вторичных цепях, подключи мой через разъемные соединители блока питания.

Источник питания, выполненный по принципиальной схеме, соответствующей рис. 2.2, может запуститься без ограничения нижнего предела величины нагрузки. Выходы вторичных каналов подключены к внутренним цепям защиты источника питания, которые и в данном случае составляют единственные нагрузочные элементы. Без подключения потребителей энергии к выходам вторичных каналов напряжений общее сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке трансформатора Т3, имеет достаточно большую величину. Поэтому на рис. 2.13а только моменты переключения транзисторов силового каскада имеют короткую продолжительность — крутые фронты и резкие спады.

Крутой фронт импульса от напряжения 200 В до уровня 300 В и характерный спад напряжения до 3N В соответствует времени включенного состояния 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 интервалы спадающего и возрастающего напряжения активными состояниями силовых транзисторов — это «мертвые зоны». Если в реальных условиях наблюдать форму импульсов напряжения на транзисторов Q9 и Q10, то можно будет увидеть лишь очень тонкие импульсы, больше похожие на выбросы. Это объясняется малым потреблением энергии вторичными цепями источника питания, поэтому сигнал рассогласования, формируемый в IC1, имеет слишком отклонение от уровня эталонного напряжения. В результате IC1 формирует очень узкие импульсы управления для возбуждения каскада усилителя мощности. Импульсы полярности малой длительности подают в базовую цепь силового транзистора энергии для начального толчка, необходимого для быстрого открывания транзистора. Но запаса недостаточно для его и глубокого запирания, поэтому на диаграмме наблюдаются пологие спады в сигнале при закрывании 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, потребляющей ток 0,8 А (см. диаграмму на рис. 2.13б). Форма импульсов напряжения стала трапециевидной, и увеличилось время открытого состояния транзисторов Q9 и Q10. Импульсы управления транзисторами Q9 и Q10, поступающие от каскада промежуточного усиления, имеют большую энергетическую насыщенность, однако в течение «мертвой зоны» еще наблюдаются участки плавного изменения уровня напряжения, свидетельствующие о сравнительно медленном закрывании силовых транзисторов.

Практически прямоугольная форма напряжения на транзисторах силового каскада приведена на рис. 2.13в. Такую форму приобретает этот сигнал при уровне нагрузки по каналу +5 В и =3 А. На этой диаграмме четко выражены фазы каждого этапа работы силовых транзисторов. Крутые фронты и спады импульсов, а также горизонтальный уровень напряжения в течение «мертвой зоны» свидетельствуют о том, что источник питания вошел в рабочий режим. Переходные процессы переключения транзисторов занимают сопоставимо малое время относительно интервалов нахождения транзисторов в каждой из активных фаз коммутационного процесса.

2.4.4. Вторичные цепи источника питания

Способы конкретной реализации выходных цепей в источниках питания различных фирм-производителей могут различаться. В данном разделе на примере принципиальной схемы (см. рис. 2.2) будет рассмотрена структура выходных каскадов, которую можно рассматривать в качестве основной.

Также будет показан и альтернативный способ их построения.

Вторичные цепи источника питания — это каскады, выходы которых непосредственно подключаются к устройствам потребителя, то есть к нагрузке. Источником энергии, подаваемой во вторичные цепи, является силовой каскад импульсного преобразователя. Благодаря действию магнитного потока, возбуждаемого переменным током первичной обмотки трансформатора ТЗ, во вторичных обмотках ТЗ наводится ЭДС самоиндукции. Форма- ЭДС на вторичной обмотке имеет вид, аналогичный 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 вторичной обмотки (точка 3) подсоединен к общему проводу вторичной цепи. Для однозначного подключения начала обмоток трансформатора на рисунке обозначены точками. Количества витков в парных обмотках 2 — 3 и 3 — 4, а также 2 — 1 и 4-5 равны. Таким образом, относительно средней точки существует симметрия вторичных обмоток. Форма переменного сигнала на обмотках 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 диаграмма соответствует напряжению на выводе 2 трансформатора ТЗ, снятого относительно общего провода 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 значения (положительное или отрицательное) соответствует времени нахождения одного из силовых

транзисторов в активном, то есть открытом состоянии. Временные интервалы, в течение которых на выводах обмоток действуют импульсные сигналы, на рис. 2.14 обозначены как t . Паузы в активной работе силовых транзисторов преобразователя, предшествующие каждому импульсу и следующими за ним промежутки «мертвых зон», обозначены на рис. 2.14 как t . Уровень напряжения в этот промежуток времени имеет нулевое значение. Представ. ленные диаграммы качественно отражают картину процесса формирования напряжения на выводах вторичных обмоток трансформатора ТЗ. Временные параметры всех составляющих сигнала полностью зависят от подключенной нагрузки.

Электропитание всех видов нагрузки, подключаемой к вторичным каналам, осуществляется постоянным напряжением с заданным уровнем стабильности. Элементы вторичной цепи предназначены для преобразования входного импульсного напряжения в постоянное, его фильтрации и, по мере необходимости, дополнительной стабилизации нс. посредственно во вторичных каскадах.

Элементы вторичного тракта должны выбираться и устанавливаться с учетом конструктивны особенностей конкретного устройства. Главным из них можно считать следующие:

• источником вторичных напряжений может служить импульсный преобразователь, формирующий сигналы частотой до 70 кГц;

• ток потребления по основным вторичным каналам может превышать 20 А;

• основная регулировка выходного напряжении производится воздействием на силовую цеп преобразователя с помощью контроля уровни напряжения только основных каналов;

• стабильность выходных напряжений должен поддерживаться на заданном уровне во все диапазоне изменения нагрузки, соответствующем нормам технических характеристик;

• вторичные напряжения имеют абсолютны значения напряжения, не превышающие 12 B

С учетом максимальной нагрузки источника питания средний ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора ТЗ, имеет величину =0,9 Токи же во вторичных цепях, особенно у канала +5 В и +3,3 В, составляют десятки ампер. Сам большая токовая нагрузка ложится на канал с относительно небольшими выходными напряжениями. В такой ситуации использование в этих каналах обычных схем двухполупериодный выпрямителей с четырьмя мощными кремниевыми диодами привело бы к существенному снижению обще КПД преобразователя. Это было бы особенно при повышении токовой нагрузки. В данном случае используется преимущество высокочастотно трансформаторов, магнитопроводы которых имеют высокое значение магнитной проницаемости. Значение количества витков обмотки высокочастотного импульсного трансформатора на 1 В напряжения в трансформаторах прямо пропорционально частоте преобразования и магнитной проницаемости материала сердечника. В нашем случае импульсный силовой трансформатор имеет несколько витков на 1 В. Изготовители источников питания предпочитают создавать выпрямители для вторичных каналов на основе схемы с двумя полуобмоткам и общей средней точкой. Для выпрямления напряжения каждого канала применяются по два диода, подключаемых к выводам полуобмоток. Количество витков вторичной обмотки при этом увеличивается незначительно, но повышается КПД. Нагрузка к вторичным обмоткам подключается симметрично относительно средней точки. При таком включении обеспечивается равномерность распределения токовой нагрузки на оба транзистора силового каскада. Транзисторы Q9 и Q10 работают в сбалансированном режиме, что благоприятно сказывается и на условиях функционирования трансформатора T3. Для выпрямителя канала +5 В используется сборка с двумя диодами типа D83-004.

Аноды диодов сборки подсоединяются к выводам 2 и 4 трансформатора ТЗ. Катоды диодов сборки соединены между собой и подключаются к дросселю фильтра. Включение вторичной обмотки производится так, что на выводе 2 напряжение изменяется синфазно с колебаниями на коллекторе Q10, на выводе 4 фаза напряжения обратная. Всю время формирования импульса положительной полярности в течение открытого состояния Q9, открывается диод, подключенный к выводу 2. Диод, соединенный с выводом 4, в это время находится под воздействием отрицательного импульса и смещен в обратном направлении. Ток через него не протекает.

В течение «мертвой зоны» на всех диодах выпрямительной схемы независимо от принадлежности к каналу установлено нулевое входное напряжение. Подпитки нагрузочной цепи в этот момент не происходит. Временной интервал открытого состояния

транзистора Q10 совпадает с возникновением на выводе 4 импульса положительной полярности и переводом в проводящее состояние диода, подключенного к этому выводу. На второй диод этой сборки подается обратное смещение импульсом отрицательной полярности. Энергия в цепь нагрузки поступает равномерно при включении любого из силовых транзисторов. Равномерное поступление импульсных сигналов позволяет применять комбинированный фильтр со сравнительно небольшими значениями индуктивности и емкости. Сравнительный анализ номиналов этих элементов может

быть проведен в сопоставлении с требованиями к параметрам аналогичных цепей для обычного трансформаторного источника с питанием от переменного напряжения с частотой 50 Гц.

В течение действия импульсов напряжения на выводах вторичных обмоток ток протекает то через один диод выпрямителя, то через другой. В эти моменты происходит подзарядка емкостей фильтров и накопление энергии в дросселях. В соответствии с законом коммутации ток, проходя через индуктивный элемент, не может изменяться мгновенно. В течение пауз энергия, накопленная в дросселе, подается в нагрузку, поддерживая номинальный уровень тока и обеспечивая равномерность его поступления.

Необходимость применения диодов Шоттки в цепях с наибольшим токовым потреблением диктуется их преимуществами перед кремниевыми. Использование диодов Шоттки предпочтительнее прежде всего с энергетической точки зрения, а также из-за их скоростных возможностей в режиме переключения. Оба фактора одинаково существенны. Первый заключается в меньшем падении напряжения при прямом смещении диода. У диодов Шоттки прямое падение напряжения составляет =0,6 В. Эта величина оказывается существенной, так как тот же параметр у мощных кремниевых диодов равен 1 — 1,2 В и более в зависимости от уровня протекающего тока. Использование кремниевых диодов в выпрямителе канала+5 В привело бы к дополнительной потере 20% энергии только в этой цепи.

Второй фактор важен потому, что для цепей выпрямления импульсных сигналов необходимо подбирать диоды, соответствующие не только требованиям по максимальному значению обратного напряжения и прямого тока, но и по времени восстановления обратного сопротивления. То есть диоды должны быть особыми, точнее, безинерционными. Когда нагрузка источника питания приближается к максимальной, длительность импульсных сигналов увеличивается, в то же время интервал «мертвой зоны» сокращается. Время переключения диодов вторичного выпрямителя из проводящего состояния в закрытое и обратно также уменьшается. Длительность фронта и спада входного импульса составляет десятые доли микросекунды. В предельном случае импульсы изменяющейся полярности следуют друг за другом. Выпрямительные диоды в течение смены полярности импульса (длительности фронта), должны полностью восстановить свои свойства. То есть время восстановления сопротивления диода не должно превышать 0,1 — 0,2 мкс. Если свойства диодов не отвечают этим требованиям, то в короткие промежутки времени, когда происходит переключение силовых транзисторов усилителя мощности, выпрямитель будет представлять собой проводящую цепь, замыкающую вторичную обмотку. В момент переключения один диод должен выйти из проводящего состояния, а второй — включиться. Пусть время восстановления обратного сопротивления первого диода больше длительности фронта импульса, тогда существует время, когда первый еще не полностью закрывается, а второй под действием прямого напряжения начинает открываться. Нагрузка на открытый транзистор преобразователя возрастет, и появится всплеск тока. На фронте импульса возникнут помеховые высоко- частотные выбросы. Силовой транзистор будет находиться в форсированном режиме до восстановления первым диодом обратного сопротивления. Таким образом, из-за возможного длительного переключения выпрямительных диодов транзисторы преобразователя начинают работать в режиме ком- мутации увеличенного тока и возникают дополни- тельные высокочастотные помехи. Первое явление приводит к перегреву силовых транзисторов, второе — к необходимости дополнительной фильтрации «фронтальных» помех. Избежать этих явлений можно двумя способами: применением мощных высокочастотных диодов и схемотехническими приемами.

Диоды Шоттки обладают относительно малым (менее 0,1 мкс) временем восстановления обратного сопротивления, поэтому применение сборок на их основе оправдано и с точки зрения выпрямления импульсных сигналов.

В схеме источника питания фирмы DTK сборка с диодами Шоттки применена и в канале выпрямителя +3,3 В. Тип сборки, установленной здесь, имеет обозначение F10P048.

Согласно принципиальной схеме рис. 2.2, к выводам 2 и 4 подключены дискретные выпрямительные диоды канала — 5 В и две диодные сборки для каналов +5 В и +3,3 В. Сборки на основе диодов Шоттки предназначены для работы в цепях с высоким потреблением тока, в выпрямителе канала — 5 В установлены обычные кремниевые диоды типа FR102.

Выпрямительные элементы, подключенные к выводам 1 и 5 трансформатора ТЗ, используются для формирования напряжений в каналах+12 В и — 12 В. Выпрямитель+12 В собран на основе сборки кремниевых диодов типа СТХ128. К выводам трансформатора сборка подсоединяется анодами диодов.. Выпрямитель канала -12 В собран на основе двух

диодов типа FR102, присоединенных к трансформатору своими катодами.

В подключении 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 выводов 2, 4 подобной цепочки не предусмотрено, Объясняется это тем, что в каналах +12 В и — 12 В применены кремниевые диоды, скоростные характеристики которых уступают диодам Шоттки выпрямителей каналов +5 В и+3,3 В. Время восстановления их обратного сопротивления сопоставимо, с длительностью фронтов импульсов. Для увеличения длительности фронта и спада импульса и используется эта пропорционально интегрирующая цепь. С ее помощью происходит «затяжка» фронт для того, чтобы выпрямительные кремниевые диоды успели переключиться, и соответственно снижается нагрузка на силовые диоды в моменты их переключения.

В каждом из вторичных каналами применено практически одинаковая схема фильтрации вы- прямленного напряжения. Все канальные фильтры содержат емкости и индуктивности. Фильтр канала+5 В — двухзвенный, включает в себя Г- и П- образные фильтры. Фильтры остальных каналов- однозвенные, Г-образные.

Потребление энергии каналами -12 В и +12 В может значительно отличаться. Однако их выпрямительные элементы подключены к одноименными выводам трансформатора ТЗ. К цепи обратной связи ШИМ регулятора подсоединен только выход канала +12 В. Уровень поступления энергии во вторичную цепь определяется мощностью нагрузки в канале +12 В. Для гашения избыточного напряжения в канале -12 В перед первым дросселем фильтра установлен дополнительный диод D30, Таким образом уравниваются уровни напряжений по каналам с абсолютным значением напряжения 12 В,

К выводу 5 обмотки трансформатора ТЗ подключен диод D25. Катод диода соединен с цепью питания микросхемы IC1. Логика построения системы питания ШИМ преобразователя состоит в том, что в начальный момент подключения источника питания к первичной сети происходит запуск автогенератора на транзисторе ЯЗ. На микросхему поступает выпрямленное напряжение от диода D9, Сглаживается это напряжение конденсатором С24. Подача электропитания по данной цепи продолжается до тех пор, пока не произойдет возбуждение микросхемы IC1, усилителя мощности импульсного преобразователя и на вторичной обмотке T3 импульсные колебания. Импульсы положительной полярности открывают диод D25. КонденсаторС24 заряжается практически до их амплитудного значения. С этого момента уровень напряжения на С25 превышает амплитуду импульсов, подаваемых от автогенератора через D9. Диод D9 во время нормальной работы усилителя мощности находится в состоянии обратного смещения, и энергия в цепь питания 1С1 поступает только от вторичной обмотки трансформатора ТЗ. Автогенератор продолжает работать, но эффективно запитывает только канал дежурного режима компьютера. . В построении схемы стабилизации напряжения в канале +3,3 В тоже есть особенность: помимо фильтра на пассивных элементах здесь используется параметрический стабилизатор, в состав которого входят диод D31, транзистор Q11, управляемый стабилизатор ZIC1 и группа элементов, устанавливающих режимы работы активных компонентов.

Это можно объяснить следующим образом: выпрямительные диоды сборки SBD3 подключены к выводам 2 и 4 трансформатора ТЗ, то есть к тем же выводам, что и выпрямитель канала +5 В. Поступление энергии на эти выводы регулируется обратной связью, следящей только за состоянием капала +5 В. Без дополнительной регулировки уровни напряжений в каналах+5 и +3,3 В были бы практически одинаковыми.

Стабилизатор ZIC1 выполнен в корпусе с тремя выводами. Тип корпуса — Т092, аналогичен пласт тиковому корпусу отечественного транзистора -КТ3107. Тип стабилизатора — TL431C. Напряжение стабилизации устанавливается внешним резистивным делителем и выбирается произвольно из диапазона 2,5-36,0 В. Погрешность напряжения стабилизации составляет 1 — 2%. Индекс С после наименования прибора указывает на температурный диапазон использования стабилизатора, который ограничен пределами 0 — 70 'С. Стабилизатор висит три электрода, обозначения которых, согласно схеме рис. 2.2, приведены в скобках: анод (GND), катод (VO), вход опорного напряжения (VI). Расположение электродов в пластиковом корпусе показано на рис. 2.15.

Максимальное напряжение на катоде может составлять 37 В, ток катода — от — 100 до 150 мА. значение тока приведено для случая прямого включения стабилизатора.

Максимальный входной ток по опорному электроду — 10 мА. Типовое напряжение на опорном электроде — 2,495 В, при входном токе 1,8 мкА.

Схема включения стабилизатора TL431, поясняющая принцип его работы, приведена на рис. 216. Наименование точек подключения в схеме источника питания фирмы DTK на рис. 2.16 указано в скобках.

Схема включения справедлива для случая, когда напряжение UД, больше уровня UДД. В простейшем случае включения стабилизатора TL431 используются токозадающий резистор R1 и резистивный делитель на R2, R3, определяющий уровень стабилизированного напряжения на катоде прибора. Значение выходного напряжения U, зависит от номиналов резисторов, подключенных к входу опорного напряжения, и определяется из соотношения:

Резистивный делитель напряжения, определяющий уровень выходного напряжения стабилизатора TL431, на схеме, приведенной на рис. 2.2, составлен из сопротивлений R51, R49 и R50. При номиналах резисторов, указанных на принципиальной схеме рис. 2.2, уровень напряжения на катоде стабилизатора ZIC1, электрод VO, составляет =2,8 В. Напряжение на базе транзистора Q11 имеет примерно такое же значение.

Анод нижнего по схеме диода сборки SBD3 соединен с выводом трансформатора через развязывающий дроссель 1 6. К аноду выпрямительного диода подключен катод диода D31, анод которого соединен с коллектором транзистора Q11 и с одной из обкладок конденсатора С28. Конденсатор С28- керамический, рассчитанный на максимальное рабочее 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 D31, шунтирует нижний выпрямительный диод сборки SBD3 и дроссель фильтра этого канала. Импульсами отрицательной полярности, появляющимися на выводе 4 трансформатора ТЗ, открывается диод D31 и через него заряжается конденсатор С28. Напряжение на базе транзистора Q11 фиксировано. Выходное напряжение канала +3.3 В изменяется в некоторых пределах, Увеличение положительного напряжения на выходе этого канала передается на эмиттер транзистора Q11 и приводит к открыванию данного транзистора. При этом выходная цепь канала через резистор R55 подключается к источнику отрицательного напряжения, образованного диодом D31 и конденсатором С28. Происходит частичный разряд конденсатора С34, и выходное напряжение снова снижается до уровня закрывания транзистора Q11. Максимальное рабочее напряжение конденсатора С28 не случайно выбрано таким большим. На конденсатор поступают импульсы, амплитуда которых может превышать 30 В. Заряд конденсатора С34 может достигать амплитудного значения импульсов, реальный же уровень напряжения на нем будет определяться общими рабочими условиями источника питания, зависящими от поведения нагрузки.

Для того чтобы в отсутствие нагрузки конденсаторы фильтров вторичных каналов не заряжались до амплитудных значений импульсного напряжения, параллельно им установлены балансные резисторы. Резисторы обеспечивают постоянный частичный разряд выходных емкостей в течение всего цикла работы источника и быстрый полный разряд после его отключения от питающей сети.

Последним и достаточно важным элементом, работу которого следует рассмотреть, следует считать дроссель групповой связи L выполнены на одном сердечнике. В каждом вторичном канале сразу после диодных выпрямительных элементов включено по одной обмотке дросселя. Направление намотки одинаково, обмотки синфазны. Каждая канальная обмотка дросселя — это составная часть общей цепи фильтрации импульсного напряжения, поступающего от выпрямителей. Обмотки дросселя L фильтра +3,3 В, являются дополнением к канальным индуктивностям 1 1 — L4. В канале напряжения +3,3 В обмотка дросселя L5 — единственный индуктивный элемент сглаживающего фильтра.

Вторичные каналы не имеют дополнительных.:; стабилизаторов, кроме установленных в цепи +3,3 В. ШИМ регулировки осуществляются по сигналам резистивных датчиков, подключенных к выходам каналов +5 В и +12 В. За состоянием остальных вторичных каналов слежение производится косвенным образом. Оно основано на влиянии токов, протекающих в цепях побочных каналов, на уровень общего магнитного потока, возбуждаемого в магнитопроводе дросселя L5. Благодаря единому магнитопроводу между канальными обмотками дросселя L5 существует магнитная связь. Взаимодействие обмоток через сердечник оказывает эффект, подобный работе трансформатора. Через обмотки протекают пульсирующие токи, действие-каждого вызывает возникновение ЭДС самоиндукции в остальных. Токи, протекающие по обмоткам дросселя L5, имеют противоположное направление для каналов с положительными и отрицательными напряжениями. Результирующая ЭДС взаимоиндукции будет менять значение в зависимости от распределения нагрузки по каналам. Если в результате произвольного внешнего воздействия произойдет увеличение токовой нагрузки только в канале отрицательного напряжения, это вызовет соответствующее увеличение потока магнитной индукции. Потоки положительных каналов, подключенных к цепи обратной связи, возбуждают магнитный поток противоположной направленности. Величина потока при постоянной нагрузке остается неизменной. Магнитный же поток от канала с отрицательным напряжением будет возбуждать против ЭДС в обмотках фильтра напряжений +5 В и +12 В. Произойдет некоторое снижение уровня напряжения в этих каналах. Сигнал о понижении номинального выходного уровня через резисторы 246 и R47 поступит на вход усилителя рассогласования микросхемы IC1. ШИМ регулятор отработает это воздействие увеличением ширины рабочей области импульсов, возбуждающих усилитель мощности. Произойдет увеличение энергии, поступающей в цепи вторичных каналов. Уровни напряжений в наиболее нагруженных каналах повысятся до номинального значения. Аналогичный процесс происходит при резком уменьшении нагрузки. В результате будет ограничена подача энергии во вторичные каскады, и система снова придет в состояние равновесия.

Кроме организации вторичных цепей по схеме, представленной на рис. 2.2, могут быть и другие варианты. Отдельные фирмы-изготовители предлагают свои решения в схемах фильтрации и стабилизации вторичных напряжений. Один из вариантов таких схем приводится на рис. 2.17.

В данной схеме (рис 2.17) в выпрямительной схеме канала+12 В использованы особые сборки основе диодов Шоттки, а также дополнительные интегральные стабилизаторы. К выходу канала+12 В подключен и вентилятор. Позиционные обозначения элементов этого фрагмента условные и относятся только к компонентам данного рисунка. Рассмотрим характерные отличия этой схемы и сравнил их со схемотехническими решениями, приведенными на рис. 2.2.

Здесь силовой трансформатор содержит две вторичные обмотки, выводы которых не соединены, между собой. Нижняя по схеме обмотка подключается к выпрямительным элементам D1, D2 и ЯВИ, постоянное напряжение с которых, исключая напряжение +12 В, подается во все вторичные каналы. Средняя точка этой обмотки подключена к общему проводу вторичных цепей. Аноды диодов входящих в сборку БВШ, соединены с выводами отдельной обмотки, средняя точка которой подключена к выходу выпрямителя канала +5 В, то есть к катодам сборки SBD2. Такое включение позволяет снизить обратное напряжение на диодах сборки SBD1 и использовать в качестве выпрямителей

сборку диодов Шоттки, работа которых наиболее эффективна при относительно небольших обратных напряжениях. В данном случае к диодам сборки выпрямителей канала+12 В прикладывается обратное импульсное напряжение, амплитудное качение которого почти в два раза меньше, чем аналогичной цепи, показанной на рис. 2;2.

Крайние выводы нижней обмотки подключены катодам выпрямительных диодов D i, D2. этих диодов появляются импульсы напряжения отрицательной полярности, после фильтрации которого получается общее постоянное напряжен для формирования номиналов — 5 и — 12 В. этом источнике питания дроссель L2 содержит только три канальные обмотки. Напряжение пита- +3,3 В формируется отдельным выпрямителем диодной сборке SHD3 и стабилизатором, на транзисторе Q1, и не входит в контур с помощью магнитной связи. Выпряжные диоды каналов +5 и +3,3 В подключены одноименным выводам обмоток трансформатора увеличение токовой нагрузки по данных каналов приводит к снижению амплитуды импульсов на выводах этих обмоток. Тому косвенное слежение за уровнем напряжения питания +3,3 В производится по падению в цепи канала +5 В. Слежение за выходных напряжений в данной схеме также по состоянию каналов +5В и +12

но поскольку в этом примере рассматриваются схемы фильтрации и дополнительной стабилизации вторичных напряжений, цепи, используемые для основной стабилизации, на рис. 2.17 не показаны. Для дополнительной стабилизации напряжений отрицательных номиналов установлены интегральные стабилизаторы IC1 и IC2. В качестве стабилизатора канала — 5 В использована микросхема типа 7905, а для формирования напряжения — 12 В микросхема типа 7912. В каналах отрицательных напряжений несколько изменена схема сглаживания импульсного напряжения, фильтрация которого выполняется только обмоткой дросселя L2.

В данном варианте построения регулятора напряжения +3,3 В следует отметить две характерные особенности. Выходное напряжение канала корректируется потенциометром R11, а не жестко задается резистивным делителем с заранее определенными номиналами. К коллектору регулирующего транзистора Q1 на схеме рис. 2.17 не подключен- накопительный конденсатор. В этом варианте замыкание выходных клемм канала +3,3 В на балансный источник напряжения через транзистор Q1 р происходит в течение действия отрицательных импульсов на катоде диода D3. В остальные промежутки времени коллектор Q1 подключен к общему проводу питания через диод D4. Принцип регулировки уровня напряжения этого канала полностью аналогичен способу, ранее описанному при рассмотрении схемы, представленной на рис. 2.2.

На схеме рис. 2.17 также показан способ подключения вентилятора FAN, установленного внутри корпуса источника питания. Вентилятор, прежде всего, служит для охлаждения мощных элементов самого источника питания. Воздушный поток движется из внутренней полости источника наружу. Оба силовых транзистора источника питания установлены на одном радиаторе через изолирующие прокладки. На втором радиаторе закреплены выпрямительные диодные сборки сильноточных каналов. Оба радиатора расположены напротив вентилятора и при его работе охлаждаются воздушным

потоком.

Каскад на транзисторах Q2 и ЯЗ предназначен для регулировки уровня напряжения, и соответственно для частоты вращения ротора вентилятора. Все источники питания АТХ конструктива имеют аналогичные регуляторы скорости вращения вентилятора. Питание каскада производится от вторичного напряжения +12 В. Начало вращения вентилятора после подключения источника к питающей сети может служить своеобразным индикатором формирования вторичных напряжений. Сам вентилятор включен в эмиттерную цепь транзистора ЯЗ. Уровень напряжения на вентиляторе и соответственно скорость его вращения зависят от внутренней температуры источника. Датчиком температуры является терморезистор ТН1 с отрицательным коэффициентом сопротивления, подключенный между базой транзистора Q2 и общим проводом питания. По мере прогревания внутренней полости прибора значение сопротивления резистора ТН1 уменьшается. Уровень напряжения базового смещения у транзистора Q2 снижается. Развитие этого процесса приводит к постепенному закрыванию транзистора Q2 и повышению напряжения на базе ЯЗ. При полностью закрытом транзисторе Q2 напряжение на базе Q3 достигает своего максимального уровня, и транзистор ()3 полностью открывается. Величина сопротивления перехода коллектор- эмиттер транзистора Q3 падает до минимально возможной. Скорость вращения вентилятора в этих условиях самая высокая.

2.4.5. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов

Силовые элементы (как активные, так и пассивные) для каждого источника питания выбираются с учетом предельных рабочих режимов, которые должен обеспечивать источник. Увеличение нагрузки сверх расчетной приводит к повреждению компонентов силовой части. Если меры защиты от ненормированного увеличения потребления тока нагрузкой не предусмотрены, выпрямительные и индуктивные элементы вторичных цепей также могут быть безнадежно испорчены. В этом случае блок полностью придет в негодность и для его восстановления потребуются большие трудовые и материальные затраты. Для исключения-повреждения цепей источника питания в его схему вводятся дополни- тельные элементы, которые обеспечивают защиту при возникновении в нагрузке процессов, не предусмотренных условиями нормального функционирования всего источника питания.

Основная цель применения этих элементов воздействовать на цепи управления формирователя импульсных сигналов для ограничения подачи энергии во вторичные каналы напряжения до устранения причины, вызвавшей возникновение неконтролируемого процесса. Система защиты источника, показанная на схеме рис. 2.2, срабатывает в следующих случаях:

• короткого замыкания по вторичным каналам отрицательных напряжений;

• превышения уровня напряжений каналов +5 В и +3,3 В выше предела, установленного техническими характеристиками;

• чрезмерного увеличения длительностей им- пульсов управления силовыми транзисторами.

Процесс включения защиты имеет комплексными характер и в некоторых случаях сигналы, приводящие его в действие, поступают на исполнительную цепь по нескольким каналам. Для запуска защитного механизма во всех перечисленных выше случая предусмотрены свои отдельные каскады. Каждыми из них формирует индивидуальный сигнал защиты. Все эти сигналы объединяются элементов монтажного ИЛИ, реализованным на, компонентах. Выход элемента ИЛИ подключен к микросхеме ШИМ регулятора Ici, работа которой блокируется в случае фиксации неисправности хотя бы в одном из каналов защиты. Действии, которое оказывает каждый канал защиты на работу источника питания, приводит к его длительно блокировке. Возобновление нормальной работ может произойти только после отключения от первичной сети и при повторно включении.

Рассмотрим, во-первых, режим работы источника питания с точки зрения функционирования элементов защиты, во вторых, все каскады, которые инициируют запуск механизма включения блокировки источника питания, и, в третьих, условия, при которых они начинают действовать.

При подключении преобразователя напряжения к первичной питающей сети безусловным являет только запуск автогенераторного каскада. На другие первичные цепи сначала подается только выпрямленное сетевое напряжение. От вторичной цепи автогенераторного каскада положительное напряжение питания IС1 поступает на вывод IС1/12. На выходе IС1/14 формируется постоянное стабилизированное напряжение с номинальным значением ~5 В. Этот вывод в схеме (см. рис. 2.2) соединен с выводами IС1/13,15 микросхемы TL494 и эмиттерами транзисторов Q1 и Я5. Коллектор транзистора Q5 непосредственно, а коллектор транзистора Q1 через диод D10 подключены по схеме монтажного ИЛИ к выводу IС1/4 микросхемы ШИМ регулятора. К выводу IС1/4 подсоединен неинвертирующий вход внутреннего компаратора DA1 (по рис. 2.7). Выходной сигнал DA1 висит от соотношения подаваемых на его входы напряжений. На инвертирующий вход РА1 поступает пилообразное напряжение. Пока на микросхему 1С1 подается постоянное положительное напряжение с уровнем не ниже +7 В, его формирование происходит непрерывно. Амплитуда пилообразном сигнала 3 В. Если на неинвертирующий вход DA1 поступит положительное напряжение по уровню, превышающее амплитуду «пилы», то на его выходе установится постоянное высокое напряжение, которое передается на вход элемента DD1. Элемент DD1 блокируется этим уровнем, а значит . Ha его выходе будет поддерживается постоянный высокий уровень независимо от состояния второго его входа. Следовательно, импульсный сигнал отключится от триггера DD2 и на базах транзисторов - VT1 и VT2 будет напряжение низкого логического уровня. Формирование ШИМ выходного сигнала будет приостановлено. Транзисторы промежуточнoro усилителя Q8 и Q7 «замрут» в открытом состоянии.

Передача импульсного сигнала в базовые Q9 и Q10 прекратится. Остановится процесс ЗЧ преобразования и подача энергии во вторичные. В такой последовательности будет развиться процесс остановки работы всего источника витания, если хотя бы один из транзисторов Q1 и Q5 будет находиться в открытом состоянии рез любой из этих открытых транзисторов на вод IC1/4 будет подаваться напряжение высока логического уровня, превышающее амплитудное значение пилообразного напряжения на 1/5 (и соответственно на инвертирующем компаратора DA1Выход канала дежурного питания +5VSB через резистор R22 подключается к базовой цепи транзистора Q2. В этой цепи возникает положительный практически сразу после включения питания, Транзистор Q2 переходит в состояние и резистор R16 через него подключается к общему проводу вторичного питания. При этом происходит открывание транзистора Q5, через малое сопротивление которого вывод IC1/4 подключается к источнику питания +5 В — вывод IC1/14. Микросхема IC1 устанавливается в режиме ожидания и удерживается в нем до поступления на вход PS-ON (базовая цепь Q2) низкого логического уровня. Запуск микросхемы IC1 происходит при подаче сигнала низкого логического уровня в точку PS-ON и последовательного закрывания транзисторов Q1 и ()5. Вывод IC1/4 отключается от источника положительного напряжения, снимается блокировка элемента РШ и на выходах IC1/8,11 начинают формироваться импульсы управления.

В процессе работы или в начальный момент подключения источника питания к нагрузке в любой вторичной цепи может произойти короткое замыкание (КЗ). Оно приводит к резкому неконтролируемому увеличению тока. Допустим, что КЗ возникло в произвольном канале положительного вторичного напряжения. В начальный момент увеличения нагрузки импульсный преобразователь будет «стараться» компенсировать снижение уровня выходного напряжения. По цепи обратной связи микросхема IC1 получает сигнал о снижении уровня вторичного напряжения. После сравнения поступившего уровня сигнала с опорным уровнем на выходе усилителя рассогласования возрастет напряжение ошибки. Длительность импульсов управления с выхода ШИМ формирователя начнет быстро увеличиваться. Соответственно станут больше и интервалы времени, в течение которых силовые транзисторы находятся в открытом состоянии. Ток, протекающий через них, также повысится из-за снижения эквивалентного сопротивления импульсного трансформатора, пересчитанного к первичной обмотке. При увеличении длительности импульсов сокращаются паузы между ними. Напряжение в точке соединения анода диода Ш8 и катода диода D19 интегрируется керамическим конденсатором С19. Уровень напряжения на конденсаторе С19 также начинает повышаться. С увеличением уровня этого напряжения растет положительный потенциал на базе транзистора Я6, величина которого определяется соотношением резисторов делителя, состоящего из сопротивлений R20 и R21. Сопротивление перехода коллектор- эмиттер транзистора ()6 включено последовательно с резисторами R13 и R14.

Эти три сопротивления образуют базовый делитель транзистора Q1. С повышением напряжения на базе ()6 сопротивление его перехода коллектор-эмиттер уменьшается. Когда оно примет значение, равное 1 кОм, произойдет открывание транзистора Q1. Таким образом, как только возникает короткое замыкание по одному из основных каналов потребления энергии, последовательно открываются транзисторы Q6 и Q1. Через открывающийся транзистор Я1 положительное напряжение, образованное внутренним источником микросхемы TL494, с вывода IC1/ 14 подается на вывод 1С1/4. Напряжение на выводе 1С1/4 также постепенно нарастает. Изменение структуры сигналов управления при этом можно проследить по диаграммам работы ШИМ регулятора (см. рис. 2.8). В описываемом случае на диаграмме 2 происходило бы постепенное увеличение длительности положительного импульса вследствие превышения уровня напряжения, отмеченного горизонтальной линией. Ширина же положительных импульсов, на диаграмме 4 (выход компаратора DA2) имела бы минимальную ширину. Обе последовательности поступают на входы элемента DDi. Параметры результирующей выходной импульсной последовательности определяют длительность открытого состояния силовых транзисторов. Временной интервал, в течение которого силовой транзистор открыт, равен паузе между импульсами последовательности с меньшей длительностью паузы. С возрастанием напряжения на входе 1С1/4 происходит уменьшение паузы в последовательности на выходе элемента DD1 и, как следствие, сокращение времени активного состояния силовых транзисторов. Микросхема 1С1 постепенно переводит силовые транзисторы Q9 и Q10 в режим работы с ограниченной длительностью активного состояния. Сначала передаваемая во вторичную цепь снижается до минимума, что приводит к резкому снижению уровней выходных напряжений по всем каналам, а затем происходит полная блокировка импульсов на выходах IC1 и остановка преобразователя. После того как транзистор Qi откроется через диод - D3, в базовую цепь транзистора Q4 поступит положительное напряжение, переводящее его в состояние насыщения. Теперь в базовой цепи транзистора Q1 два транзистора Q4 и Q6 находятся в открытом состоянии. Уменьшение длительности импульсов, открывающих транзисторы Q9 и Q10, а также остановка преобразователя приведут к понижению напряжения на конденсаторе С19.

Транзистор Я6 закроется, но напряжение на выводе Ici/4 будет поддерживаться высоким, так как транзистор Q1 будет удерживаться в открытом состоянии, благодаря открывшемуся транзистору Q4. Таким образом, последовательное срабатывание транзисторов Q6 и Qi приводит к блокировке выходов 1С1. Использование 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 выключения питания и выдерживания определенной паузы для разряда конденсатора С8, подключенного между базой транзистора Q1 и общим проводом. В режиме ожидания питание микросхемы IC1 вновь возобновляется от автогенератора на транзисторе QЗ. В микросхеме ICi продолжают работать только генератор пилообразного напряжения и внутренний источник опорного напряжения, формирующий на выводе IC1/14 напряжение+5 В.

Каскад для защиты схемы от K3 в цепях каналов с отрицательными выходными напряжениями собран на элементах Di, R2, RB, R9, D4 и Q4. Эти элементы образуют сумматор напряжений по каналам — 5, — 12, +5 В. Номиналы резистивных элементов подобраны так, чтобы в случае возникновения K3 по одному из отрицательных номиналов, положительное напряжение на аноде диода D4 превысило бы уровень 1,2 — 1,3 В. Этого будет достаточно для открывания транзистора Q4. Следом за этим транзистором в состояние насыщения переходит и транзистор Q1. Через открытый транзистор Qi и диод DЗ положительный потенциал подается, как и в выше описанном случае, в базовую цепь транзистора Q4. С коллектора транзистора Я4 через диод D 10 положительное напряжение поступает на вход 1С1/4. Выходы этой микросхемы и работа силового каскада блокируются. После снижения уровня выходного напряжения канала +5 В оба транзистора Qi и.Я4 в цепи защиты находятся в открытом состоянии.

Маломощные стабилитроны ZD1 и ZDЗ подключены катодами к выходам каналов напряжений+5 В и +3,3 В соответственно. Их аноды объединены и через резистор RЗ подсоединены к общему проводу питания. Такое соединение кроме суммирования сигналов датчиков обеспечивает развязку между каналами. Через диод D5 аноды стабилитронов подсоединены также к базе транзистора ()4. Эти элементы являются датчиками уровней вторичные каналов положительных напряжений и используются для включения защитного механизма в случае превышения напряжениями этих цепей верхнего допустимого предела, установленного техническими характеристиками источника питания. Номинальный уровень фиксации неконтролируемого превышения напряжения в канале +5 В составляет +6,3 В, а для канала +3,3 В равен+4,2 В. Работа обеих защитных цепей строится по одному и тому же принципу. Он заключается в том, что при достижении выходным напряжением уровня защитной фиксации, напряжение в точке соединения анода стабилитронов должно иметь значение 1,2 — 1,3 В, т есть достаточное для последовательного открывая диода D5 и транзистора Q4. Далее открывается и процесс включения защиты происходит по выше описанному алгоритму. Переключения элементов приводят к полной блокировке системы ШИМ регулирования. Для срабатывания схемы защиты при указанных предельных значениях напряжений использованы стабилитроны с напряжением стабилизации 5 и 3 В для каналов с выходным напряжением соответственно +5 и +3,3 В.

Каждый источник питания для персонального компьютера должен устанавливать сигнал оповещения вычислительной системы о завершении переходного процесса и достижения выходными вторичными напряжениями номинальных значений.

Наименование этого сигнала в оригинальной транскрипции — POWERGOOD. В активном состоянии он имеет высокий логический уровень, который появляется на выходе каскада-формирователя с задержкой от 100 до 500 мс относительно вторичных напряжений. В схеме, приведенной на рис. 2.2, этот каскад построен на микросхеме IC2, состоящей из двух компараторов напряжения. Структурная схема микросхемы IC2 представлена на рис. 2.18.

Вывод питания IC2/8 подключен к источнику стабильного напряжения, сформированному на выводе IC1/14 микросхемы TL494. Опорное напряжение 2,5 В со средней точки делителя, образованного резисторами R23 и R24, поступает на входы IC2/2 (инвертирующий вход DA1) и IC2/5 (неинвертирующий вход DA2). Компараторы микросхемы IC2 включены последовательно. Выход компаратора DA2 IC2/7 подключен к неинвертирующем входу DA1 IC2/3 через интегрирующую цепочку, образованную элементами R35 и С23. Компаратор DA2 микросхемы IC2 отслеживает уровень сигнала PS- ON, поступающий на его вход IC2/6 через резистор R43. Пока сигнал PS-ON будет иметь высокий уровень, поданный от IC3 через резистор R22, напряжение на выходе IC2/7 будет низкого логического уровня. Этот уровень через буферный элемент на компараторе DAi транслируется на его выход— IC2/1. При переключении сигнала PS-ON в состояние низкого логического уровня, выход компаратора DA2 IC2/7 изменит свое состояние, на нем по- явится уровень, близкий к +5 В, что соответствует высокому логическому уровню. Выходным током

компаратора начинается заряд конденсатора С23. Когда напряжение на нем повысится до уровня,. превышающего +2,5 В, напряжение на выходе компаратора DA1 IC2/1 также достигнет высокого логического уровня. Таким образом, для выработки сигнала POWRGOOD должно выполниться несколько условий:

1. Должен включиться автогенератор на ЯЗ, должны исправно работать его вторичные цепи и формирователь стабильного напряжения

в IC1.

2. На вход сигнала PS-ON должен быть подан низкий уровень.

3. Вторичное напряжение +5 В должно успеть нарасти до номинального уровня,

Таким образом, мы обсудили основные схемы источника питания (см. рис. 2.2) и принципы построения источника питания АТХ форм-фактора. Но прежде, чем перейти к рассмотрению возможных неисправностей этого источника питания, следует уделить внимание методам проведения работ по их выявлению и устранению. Практическое применение положений следующего раздела позволит производить ремонтные работы с максимальной безопасностью и эффективностью.

2.5. Проведение работ с блоками питания конструктива АТХ

Структурное построение бестрансформаторных источников питания имеет ряд особенностей, отличающих их от преобразователей первичной энергии сети переменного тока, содержащих низкочастотный трансформатор на входе. Главное отличие заключается в том, что силовая часть бестрансформа- торного преобразователя не имеет гальванической развязки с первичной питающей сетью. Питание силовых каскадов осуществляется выпрямленным напряжением сети. Некоторые каскады, такие, например, как автогенераторные схемы, рассчитаны на работу именно при питании сетевым напряжением 220 В и не функционируют при пониженном. Максимальное напряжение на силовых элементах схемы превышает действующее значение напряжения первичной сети практически в полтора раза. Пренебрежение мерами безопасности при работе с такими высокими напряжениями может привести к поражению электротоком. Неправильное подключение к источнику питания стационарных измерительных приборов при работе с ним может вызвать дальнейшее его повреждение. Избежать этого, а также сохранить в исправном состоянии измерительные приборы, можно, если воспользоваться советами, предложенными в этой главе.

При рассмотрении методики подключения измерительных приборов к БП будет использоваться схема, представленная на рис. 2.2. Общий подходом к проведению ремонтных и диагностических операций сохраняется для всех схем, представленных

в настоящей книге. На рис. 2.19 показана упрощенная схема разводки промышленной сети потребителям переменного напряжения 220 В, принятая в нашей стране,

Для снижения потерь и уменьшения токовой нагрузки на энергосеть передача электроэнергии производится линиями электропередач высокого напряжения. Для его преобразования в промежуточных распределительных подстанциях установлены трехфазные трансформаторы VT. Подача электропитания с напряжением 220 В к конечным потребителям осуществляется с выходов обмоток этих трансформаторов. Вторичные обмотки состоят из проводов: трех фазных и одного нулевого, заземленного в месте установки трансформатора. Напряжение между фазными проводами составляет 380 В, напряжение между нулевым проводом и произвольной фазой — 220 В. Для большинства потребителей электросеть подводится одним фазным и нулевым проводами. Необходимое соблюдение баланса нагрузки по всем фазам достигается равномерной разводкой фазного напряжения от разных вторичных обмоток трансформатора VT по потребителям с примерно одинаковой потребляемой мощностью.

На рис. 2.19 для простоты показана только одна условная розетка, отражающая схему подключения конкретного потребителя. Розетка имеет два полюса для соединения с питающим напряжением и два контакта для подключения к контуру защитного заземления (зануления). Один полюс розетки подключен к фазному проводу вторичной обмотки трансформатора ЧТ, второй полюс, объединенный с контактами защитного заземления, соединяется

с нулевым проводом. К выводу нулевого провода производится подключение корпусов всех измерительных приборов с питанием от сети переменного тока. В отечественной сети переменного тока к розеткам напряжения 220 В отдельный провод заземления, который не имел бы соединения ни с одним из ее полюсов, не подключается. Это обстоятельство следует обязательно учитывать при проведении измерений в блоке питания с использованием стационарных приборов.

Согласно требованиям техники безопасности, металлический корпус стационарного измерительного прибора должен иметь надежное соединение с контуром защитного заземления. Часто в качестве такого прибора используется осциллограф, один из электродов его измерительного щупа подключен к корпусу. Большинство осциллограмм напряжений силового каскада снимаются относительно отрицательного электрода конденсатора С6 (рис. 2.2). Рассмотрим, что происходит при подключении осциллографа к силовому каскаду импульсного источника питания. Источник и осциллограф подключены через обычные розетки, разводка которых, соответствует, приведенной на рис. 2.20. На рисунке показан способ подключения электродов осциллографа с заземленным корпусом к силовому каскаду БП.

Конкретная схема сетевого фильтра источника питания в данном случае не имеет значения и показана условно. Обозначения элементов блока питания соответствуют их позиционному обозначению: на рис. 2.2. Подключение источника питания к розетке выполняется трехпроходным шнуром. Два проводника шнура соединяют потенциальные полюса розетки и выводы входного сетевого фильтра источника. Корпус блока питания заведен на третий провод и через него подключен к контактам заземления розетки.

Рассмотрим подключение осциллографа к источнику питания, когда его первичная цепь включена в соответствии с указанной фразировкой розетки. Если предполагается измерить режим работы силовых элементов импульсного преобразователя, «общий» провод измерительного щупа соединяется с отрицательной обкладкой конденсатора С6. Все предварительные электрические соединения: осуществляются до подачи напряжения питания. Если «общий» провод щупа подключен, то при подаче электропитания на источник происходит" очень быстрое выгорание диода D11 выпрямительного моста предохранителя (на схеме не показан) и, возможно, части индуктивных элементов входного фильтра. Дополнительные повреждения могут возникнуть на печатных проводниках и токоограничивающих терморезисторах. Такой эффект возникает из-за того, что при указанном подключении

происходит замыкание потенциальных проводник- line входного переменного напряжения через дросфль фильтра L1 — диод D11. В течение отрицатель полуволны входного напряжения диод D11. Сопротивления прямо смещенного, предохранителя и дросселя L1 достаточно малы, следовательно, ток, протекающий эти элементы, достигнет большой величины. Выгорает диодная структура, затем предохрани. Повреждение провода дроссельной катушки идет зависеть от того насколько быстро до выгорания предохранителя успеет возрасти ток. Фразировка подключения блока питания к сети может врыть обратной. В этом случае процесс будет развиться по аналогичной схеме, только повреждены будут диод D12 и дроссель2.

В этом случае никаких измерений параметров елового каскада произвести не удастся! Если общий проводник осциллографа будет подключать к другой точке силового каскада, это будет ее подсоединению к нулевому проводу сети. Повреждения элементов схемы печатного монтажа в каждом конкретном случае т определяться с помощью протекания токов

переменного напряжения на каскады, считанные на работу от источника постоянного спряжения определенного уровня.

Можно сделать вывод — для проверки рабочих параметров элементов бестрансформаторного питания подключать приборы по схеме 2.20 нельзя. Это может привести к выходу из я элементной базы, а также к поражению персонала, производящего проверку.

Самым простым и действенным способом использования заземленного прибора для работы с первичной цепью источника питания является применение дополнительного развязывающего трансформатора. Обмотки трансформатора должны обеспечивать гальваническую развязку с питающей сетью. Любое использование автотрансформатора для этих целей недопустимо. Первичная обмотка дополнительного трансформатора подключается к питающей сети. Вторичная обмотка соединяется с входной цепью блока питания. Схема подключения к первичной сети переменного тока импульсного источника питания через дополнительный развязывающий трансформатор VT показана на рис. 2.21.

Напряжение вторичной обмотки трансформатора развязки должно быть равно номинальному напряжению первичной сети, то есть 220 В. Мощность трансформатора сетевой развязки должна подбираться на основе анализа режимов, в которых предполагается его использование. Если нужно производить подключение первичной цепи источника с диагностикой на холостом ходу вторичных цепей, то достаточно будет трансформатора с вторичной мощностью около 50 Вт. Если же необходима проверка блока в реальных нагрузочных режимах, следует подбирать трансформатор на максимальную мощность источника питания с учетом КПД импульсного преобразователя и КПД трансформатора развязки.

В основном же применение трансформатора развязки необходимо при проведении первичной диагностики цепей сетевого фильтра, выпрямителя и силового каскада. Подключать трансформатор можно также во время контрольного прогона преобразователя на холостом ходу (без вторичных нагрузок) после замены неисправных элементов. Как правило, рабочее тестирование с полной нагрузкой возможно непосредственно в реальной системе, так как не всегда есть возможность создать нагрузочный эквивалент, распределенный по вторичным каналам.

При установленном трансформаторе сетевой развязки допускается полное использование измерительных приборов с одним заземленным полюсом без каких-либо ограничений. В этом случае появляется возможность контроля статических уровней напряжений питания на элементах силового каскада и проверки их динамических характеристик в режимах переключения.

В источнике АТХ форм-фактора функционирование только одного каскада нужно проверять в реальном диапазоне первичного питания. Это автогенераторный каскад на транзисторе Q3. Условия его самовозбуждения рассчитаны на питание постоянного напряжения. Поэтому все проверки работоспособности автогенератора с проведением измерений режимов элементов следует производить с трансформатором развязки. Подключение к источнику питания должно выполняться в соответствии с рис. 2.21. Все остальные узлы в процессе первичной диагностики можно проверить с помощью источника постоянного напряжения с максимальным выходным уровнем 30 В.

Минимальный набор приборов для проведения диагностики исправности элементов блока питания следующий:

• развязывающий трансформатор с напряжением вторичной обмотки 220 В (+10%) и мощностью вторичной цепи не менее 50 Вт;

• осциллограф с полосой не менее 10 МГц, оснащенный щупом-делителем 1:10, с рабочим диапазоном для постоянных и переменных напряжений не менее 800 В;

• универсальный вольтметр для проведения измерений статических уровней и проверки отдельных элементов;

• два перестраиваемых источника постоянного напряжения со шкалой до 30 В, нагрузочной способностью не менее 2 А и встроенной защитой от перегрузки.

Аксессуары для производства работ по демонтажу и замене элементов здесь не рассматриваются.

Ниже предлагается последовательность операций, обеспечивающих комфортные условия применения измерительных приборов и успешное выявление причин, вызвавших отказ блока питания. В этом разделе описаны только правила подключения приборов к проверяемому импульсному блоку питания. Вопросы выполнения конкретных измерений и оценки работоспособности узлов и элементов будут рассмотрены отдельно.

Работы по проверке работоспособности отдельных узлов импульсного источника питания следует выполнять в условиях, максимально соответствующих требованиям безопасности и исключающих повреждение элементов схемы. Так как электропитание узлов возбуждения усилителей мощности производится от напряжений менее 30 В, их проверку можно осуществлять от внешних низковольтных стабилизированных источников. Питание силовых каскадов номинальным напряжением требуется в тех случаях, когда необходимо обеспечить во вторичных цепях блока питания уровни выходных напряжений, отвечающие требованиям технических характеристик. Для простой проверки процессов переключения силовых транзисторов и работы их базовых цепей уровень напряжения питания усилителя мощности может быть значительно ниже, то есть составлять также 30 В. Предлагаемые общие правила работы с БП, имеющими каскад внешнего возбуждения, применимы к большинству схем. Позиционные обозначения элементов в приведенном описании соответству1от обозначениям на рис. 2.2. Следует учитывать, что все соединения электрических цепей блока питания и внешних источников стабилизированного напряжения можно производить только при выключенном состоянии приборов.

2.5.1. Проверка каскада ШИМ преобразователя

Проведение проверки на функционирование узлы ШИМ преобразователя не требует подключения вторичных нагрузок. Проверка выявляет работоспособность модулятора IC1 и промежуточного усилителя на ()7 и ()8.

Схема подключения электропитания для проведения проверки работоспособности ШИМ преобразователя показана на рис. 2.22.

Проверка каскада ШИМ преобразователя выполняется при подаче положительного напряжения только от внешнего стабилизированного источника 1 в точку соединения элементов, а именно положительная обкладка конденсатора С24, катод 25, катод D9, резисторы R32, R44 и R45, вывод IC1/12. Входная цепь импульсного блока питания при этом должна быть полностью обесточена. Выходи

напряжение стабилизированного источника должно иметь значение 25 В. Такой уровень напряжения приближен к реальному значению напряжения питания микросхемы IC1 в рабочем режиме и обеспечивает формирование импульсного сигнала с амплитудой, достаточной для возбуждения транзисторов силового каскада. Отрицательный полюс стабилизированного источника соединяется с общим проводом вторичных цепей. Для нормального запуска ШИМ преобразователя вход сигнала PS- ON должен быть замкнут перемычкой на общий провод вторичной цепи питания Стабилизированный источник 2 необходимо подключить к выходным контактам вторичного канала +5 В. Выходное

напряжение второго внешнего источника должно иметь значение 5 В. Необходимо также отключить из контактов резистора R8 и тем самым исключить срабатывание канала защиты в отсутствие напряжений с отрицательными значениями.

Остальные входы цепей включения защиты преобразователя, присоединенные к базовой цепи транзистора Q4, остаются свободными, так как в данном случае они не влияют на функционирование IC1. Второй источник постоянного напряжения необходим, так как без него на вывод IC1/2 не будет пода- напряжение обратной связи, что аналогично короткому замыканию вторичного канала +5 В, вследствие чего может произойти блокировка IC1 по сигналу от датчика увеличения ширины импульсов управления (транзистор Q6). В такой конфигурации подключения питания одно провести все проверки ШИМ преобразователя в режиме генерации импульсного сигнала по выходам IC1/8,11, а также в режиме работы импульсного усилителя на Q7 и ()8. Если для проведения измерений используется осциллограф с заземлением (занулением) корпуса, то его общий провод должен быть соединен с общим проводом вторичной цепи источника питания. Измерения всех сигналов будут производиться относительно общего провода вторичной цепи. Включение обоих , стабилизированных источников нужно производить одновременно. Включение механизма защиты при повышенном входном напряжении канала +5 В можно проверить, увеличив значение напряжения на стабилизованном источнике 2 до уровня 6,2 В. При этом должны последовательно переключиться в проводя- ее состояние транзисторы Q4 и Q1. Если срабатыние происходит правильно, то на выводе 1С1/4 становится напряжение со значением примерно +5 В. Генерация импульсов по выходам IC1/8,11 крутится. Возобновление работы микросхемы С1 должно произойти после непродолжительного учения обоих стабилизированных источников.

С помощью двух внешних источников постоянного напряжения можно проверить правильность формирования сигнала «питание в норме» микро схемой IC2. При правильной работе каскадов на IC2 после включения обоих стабилизированных источников на выводе IC2/1 появляется напряжение по значению близкое к +5 В.

2.5.2. Безопасная проверка функционирования силового каскада

Базовая конфигурация подключения оборудования для электропитания узлов импульсного преобразователя при проверке работоспособности его силового каскада аналогична конфигурации, представленной на рис. 2.22. Для подачи напряжения на силовой каскад следует соединить положительный полюс конденсатора С5 с выводом + внешнего источника 1, а отрицательный полюс необходимо подключить к общему проводу вторичной цепи. Силовой каскад и ШИМ преобразователь будут капитаны от одного источника.

Напряжения питания на схему подаются от обоих внешних источников. При правильной работе транзисторов Q9 и Q10 в точке соединения конденсаторов 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 каскад. Сигналы в базовых цепях силовых транзисторов будут иметь реальные значения рабочих уровней и длительности импульсов.

Наблюдение сигналов в базовой цепи транзистора Q10 производится относительно общего провода схемы. Для оценки уровня импульсного сигнала в базовой цепи Q9 следует отключить осциллограф от заземления. Тогда с его помощью можно наблюдать сигналы в базовой цепи транзистора Q9 и провести измерения относительно его эмиттера.

В режиме включения силового каскада от внешнего источника вторичные напряжения, естественно, будут иметь значительно заниженные уровни. Вентилятор охлаждения работать не будет.

2.5.3. Заключительная проверка блока питания

Если в ходе предварительных проверок каскадов— импульсного блока питания от источников постоянного напряжения не было выявлено неисправных элементов, следует отключить от проверяемого источника питания оба стабилизированных источника и восстановить временно отключенные электрические цепи. Проверка функционирования всех основных каскадов производится после подключения к тестируемому изделию развязывающего трансформатора (рис. 2.21). В таком варианте подключения преобразователя к питающей сети допускается использование заземленных измерительных приборов. Измерения можно проводить в любой цепи схемы относительно произвольной точки. Включение по схеме, приведенной на рис. 2.21, позволяет проверять цепи постоянного и переменного токов. Нагрузочная способность блока питания ограничена только мощностью используемого трансформатора сетевой развязки. Запуск ШИМ преобразователя происходит при замыкании перемычкой входа PS-ON на общий провод вторичной цепи. Эта перемычка единственный элемент, который сохраняется на всех этапах проверки до установки источника питания в реальную систему.

Будьте осторожны и внимательны при проведении работ с подключенным трансформатором сетевой развязки. Если напряжение его вторичной обмотки близко к 220 В, все режимы элементов схемы соответствуют номинальным рабочим. На силовых элементах разность потенциалов превосходит 300 В, а в автогенераторном каскаде амплитудные значения импульсных колебаний достигают 700 В. Конденсаторы сетевого выпрямителя сохраняют заряды в течение некоторого времени после отключения блока питания от сети. Перед прикосновением к элементам обязательно проверьте отсутствие на них напряжения с помощью измерительных приборов. При включенном электропитании не проверяйте на ощупь степень разогрева силовых элементов.

2.6. Основные неисправности, методы их поиска и устранения

В этом разделе читателю предлагается анализ возможных неисправностей импульсных источников питания АТХ конструктива на примере схемы, приведенной 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 типа следует ознакомиться с содержанием предыдущего раздела «Проведение работ с блоками питания конструктива АТХ». Это позволит подготовить рабочее место для проведения ремонта, избежать ошибок и предотвратить возможную порчу измерительных приборов.

Если произошел отказ источника питания, прежде всего неисправный прибор следует подвергнуть тщательному визуальному осмотру. На этом этапе южно выявить наличие поврежденных элементов 1 предварительно локализовать место неисправности. Замену элементов, особенно в силовых цепях, следует производить на оригинальные, используемые в данном приборе. Если такой возможности, и требуется отыскать аналог, то подбирать его следует очень внимательно с учетом требований конструкции, надежности и безопасности.

Описание поиска возможных неисправностей оставлено в предположении, что внешне элементы тестируемого источника питания выглядят нормально, без очевидных дефектов и повреждений. Печатный монтаж не поврежден или предварительные работы по его восстановлению уже проведены, Проверка источника проводится без нагрузки цепей, если иное не указано, на отдельном. Перечень необходимого оборудования приведен в разделе 2.5. Вход сигнала PS-ON должен, замкнут перемычкой на общий провод личной цепи. Все операции по монтажу и также установке и удалению временных соединений производятся только на полностью обесточенном приборе.

После включения блока питания выходные вторичные напряжения отсутствуют. Сгорел предо хранитель.

Возможная причина: во время эксплуатации было произведено ошибочное подключение блока питания к сети с напряжением 220 В, в то как переключатель выбора напряжения был установлен в положение 1 i5 В.

Алгоритм поиска неисправности:

1. Последовательно проверить целостность индуктивных элементов сетевого фильтра, выпрямительные диоды D11 — D14, конденсаторы С5 и Сб, сил вые транзисторы Q9 и Q10, диоды рекуперации 023 и D24.

2. Провести проверку активных компонентов узла автогенератора на транзисторе Q3.

3. Оценку работоспособности элементов только после их демонтажа из печатной платы блока питания. Наиболее вероятен выход из строя активных силовых элементов схемы и конденсатор С5и Сб,

4. После замены неисправных элементов работоспособности каскадов проведите последовательно по методике, приведенной в разделе 2, Сначала выполните проверку функционировав ШИМ преобразователя и силового каскада на и Q10, согласно положениям подраздела 2.5.2. 3з тем к тестируемому блоку питания подключил трансформатор сетевой развязки согласно рис. 22. Убедитесь в работоспособности узла на Q3, новая данные результатов своих измерений с ос циклограммами, приведенными на рис. 2.4.

5. Без нагрузки по вторичным каналам проверьте работу силового каскада. В базовой цепи Q9 проведите контроль прохождения импульсного сигнала через пассивные элементы C21, R36, R40. Измерения проводите относительно эмиттера Q9. Аналогично проверьте базовую цепь Q10, подключая общий вывод осциллографа к его эмиттерной цепи. Проверьте наличие трехуровневого импульсного сигнала на коллекторе Q10, измеряя его относительно эмиттера Q10. Размах сигнала должен практически совпадать с уровнем напряжения питания силового каскада. Вид полученных осциллограмм напряжений сравните с приведенными на рис. 2.12, 2.13, снятыми в соответствующих точках.

Возможная причина: произошел пробой изоляции силовых транзисторов, установленных на общем радиаторе. Алгоритм поиска неисправности: 1. Не производя демонтаж, проверить сопротивление между металлическими частями корпусов транзисторов Q9 и Q10, на которые выведены выводы коллекторов, и радиатором, на котором они закреплены. Если обнаружено, что сопротивление между ними составляет несколько или менее, это служит признаком того, что изолирующая прокладка повреждена. Нужно выпаять транзисторы и проверить целостность прокладок и исправность транзисторов. 2.Неисправные транзисторы и пробитые прокладки заменить. Крепление новых транзисторов произвести через новые прокладки. После механической установки проверить сопротивление между корпусами Q9, Q10 и радиатором. - 3. Проверить исправность диодного моста на 011— D14 и резистивные элементы базовых цепей силовых транзисторов. При пробое транзисторов или прокладок они также могут быть повреждены. 4. После замены всех неисправных элементов, включая предохранитель, проверку силовой части преобразователя провести в два этапа. На первом этапе использовать методику подраздела 2.5.2, на втором — подраздела 2.5.3.

Возможная причина: отказ элементов в автогенераторном каскаде на Q3. . Алгоритм поиска неисправности: 1. Проверить омметром исправность транзистора Q3. Если произошел отказ, следует произвести замену. 2. Дополнительно осмотреть трансформатор ТВ. Провода трансформатора не должны быть повреждены, на изоляции обмоток не должны просматриваться следы термических повреждений. Если эти следы наблюдаются, то существует большая вероятность разрушения эмали провода обмотки, что приведет к межвитковым замыканиям и снижению индуктивности первичной обмотки ТВ. Трансформатор следует заменить.

3. После замены элементов проверку функционирования каскада выполнять по методике подраздела

2.5.3. Вид осциллограмм напряжений на элементах этого каскада должен соответствовать граммам, изображенным на рис. 2.4.

Сразу после включения источника питания происходит срабатывание защиты.

Возможная причина: не подается сигнал обратной связи на микросхему IC1.

Алгоритм поиска неисправности: 1. Из-за повреждения проводника печатной платы, соединяющего точку объединения резисторов R47, R46 и вывод IC1/1, или неисправности самих резисторов сигнал обратной связи нагрузки основных вторичных каналов не подается на микросхему ШИМ преобразователя. Отсутствие этого сигнала IC1 в начальный момент воспринимает как повышение потребления по вторичным каналам положительных напряжений. Происходит увеличение длительности импульсов возбуждения силового каскада на транзисторах Q9 и Q10. Напряжение на конденсаторе C19 возрастает и открывается транзистор Q6. Далее развивается процесс включения блокировки ШИМ преобразователя по входу ICI/4 через транзистор Q1.

2. Проверку работы ШИМ преобразователя провести с использованием методики описанной в подразделе 2.5.1. После включения стабилизированного внешнего источника 2 по рис. 2.22 проследить подачу сигнала обратной связи от выходного контакта канала +5 В через резистор R47 на вывод IC1/1. При уровне выходного напряжения внешнего источника 2, соответствующем +5 В, напряжение на выводе IC1/1 должно составлять 2,2-2,3 В.

Возможная причина: нарушены электрические связи между пассивными элементами, установленными в базовой цепи транзистора Q4.

Алгоритм поиска неисправности:

1. Провести электрическую проверку исправности элементов и проводников их соединяющих, подключенных к базовой цепи транзистора Q4.

2. Наиболее вероятная причина срабатывания защиты по этому каналу — нарушение связей между резистором R9 и анодом диода D4. В этом случае напряжение от вторичного канала +5 В не компенсируется отрицательными напряжениями, Транзистор Q4 открывается положительным напряжением, 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: срабатывание защиты вызвано неисправностью стабилитронов ZD1 или ZD3.

Алгоритм поиска неисправности:

1. Проверить исправность стабилитронов ZD1 и ZD3. Если хоть один из них неисправен и его внутренняя структура образует лишь сопротивление малой величины, то положительное напряжение вторичного канала через него будет поступать на базу Q4. Последовательное переключение транзисторов . Q4 и Q1 приведет к срабатыванию защиты и блокировке микросхемы IC1.

Не вырабатывается напряжение питания для элементов дежурного режима +5VSB. Вторичные напряжения поступают независимо от наличия перемычки, соединяющей вход PS-ON с общим проводом.

Возможная причина: нарушена работоспособность элементов вторичное цепи автогенераторного каскада.

Алгоритм поиска неисправности: 1. Если ШИМ преобразователь запускается без подключения вывода PS-ON к общему проводу, то это указывает на то, что при подключении блока к питающей сети не формируется напряжение +5 VSB, подаваемое на этот сигнальный вход через резистор R22.

2. Подключить импульсный блок питания к первичной сети. Произвести проверку формирования напряжения на вторичной обмотке автогенераторного каскада. Измерения производить относительно общего провода вторичной цепи.

3. Последовательно проверить наличие импульсного напряжения на аноде D8, входе микросхемы IC3 и ее выходе. Если на холостом ходу напряжение во всех точках в норме, подключить к выходу канала резистор 10 Ом мощностью не менее 2 Вт и проверить нагрузочную способность микросхемы ICЗ.

4. Если обнаружено, что микросхема ICЗ неисправна, то ее необходимо заменить. Затем повторно проверить правильность формирования напряжения питания для элементов дежурного режима.

При включении питания блок питания не вырабатывает вторичные напряжения. Автогенератор работает нормально. Возможная причина: отказ микросхемы IC1 или элементов в промежуточном усилителе на транзисторах Q7 и Q8.

Алгоритм поиска неисправности: 1. Нормальная работа автогенераторного каскада указывает на то, что в первичной цепи импульсного преобразователя нет повреждений. Выход из строя силовых транзисторов вызвал бы перегорание предохранителя. Неисправность связана с работой IC1, элементов подключенных к ней или промежуточного усилителя на Q7 и QВ.

2. Поиск неисправного элемента можно производить, подключив блок питания к первичной сети. Предварительно к выходному контакту канала+5 В следует подсоединить внешний источник стабилизированного напряжения с таким же выходным уровнем. Для выключения защиты временно отключить резистор R8, отпаяв один из его выводов

3. Подключить питание первичной сети и внешнего источника. Проверить появление положительного напряжения на выводе IC1/14. Напряжение на выводе IC1/4 должно иметь уровень, близкий к потенциалу общего провода.

4. На нормальное функционирование микросхемы ШИМ преобразователя указывают следующие признаки:

— наличие пилообразного напряжения на выводе IC1/5 с амплитудой 3 В;

— появление на выводе IC1/14 напряжения +5 В;

— при подаче на микросхему напряжения питания от7 до 40 В от выпрямителя на диоде D9 на выходах IC1/8, 11 появляются импульсные последовательности.

Отсутствие хотя бы одного из перечисленных признаков свидетельствует об отказе внутренних узлов IC1. Если выходные последовательности на выходах микросхемы сформированы, то следует проверить правильность функционирования каскада на транзисторах Q7 и Q8. Пользуясь описанием этого каскада, приведенным в разделе 2.4 и иллюстрациями его работы, необходимо проверить режимы работы элементов и коммутацию транзисторов в соответствии с импульсными сигналами, поступающими на их базы с выводов IC1.

Возможная причина: ложные срабатывания защиты из-за повреждения транзисторов в системе блокировки микросхемы IC1. Алгоритм поиска неисправности:

1. Немотивированная блокировка работы микросхемы IC1 может быть вызвана неисправностью хотя бы одного из транзисторов Q1, Q2. Q4 — Цб.

2.Для выявления неисправного элемента следует включить блок питания в обычном режиме. Определить через какой транзистор из пары Q1 или Q5 на вывод IC1/4 поступает напряжение +5 В. Затем, отключив блок питания от сети, проверить омметром исправность транзистора, который во время проверки находился в проводящем состоянии, и транзисторов, подключенных к его базовой цели.

Возможная причина: отказ пассивных элементов в базовых цепях Q9 и Q10.

Алгоритм поиска неисправности.

1. Произвести подключение внешних питания в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2.22, и рекомендациями по конфигурации, изложенными в подразделе 2.5.2. Если внешний источник стабилизированного напряжения указывает на перегрузку по току, это является признаком того, что транзисторы О9, Q10 не повреждены.

2. Проверить формирование импульсных последовательностей транзисторами Q7 и Q8. Если осциллограммы импульсов на коллекторах транзисторов промежуточного усилителя соответствуют, изображению на рис. 2.10, проконтролировать поступление этих импульсов со вторичных трансформатора Т2 в базовые цепи транзисторное Q9 и Q10.

3. Используя материал описания работы каскада и рис. 2.12, 2.13, проверить правильно прохождения импульсного сигнала через базовы цепи силовых транзисторов и формирование с помощью трехуровнего сигнала на коллектор Q10. Если в базовой цепи присутствуют элементы, то вид осциллограмм напряжений в базовой цепи и на коллекторе Q10 будет отличаться от приведенных на рис. 2.12, 2.13.

Компьютер с данным блоком питания не работает. Уровни вторичных напряжений в норме.

Возможная причина: не вырабатывается сигнал «питание в норме» (POWERGOQD). Алгоритм поиска неисправности:

1. Вероятно, на микросхему IC2 не поступает какое- либо из подаваемых напряжений или она неисправна.

2. Подключить блок питания к сети стандартным образом. Проверить поступление напряжений через резистор R43 от входа сигнала PS-ON на вывод IC2/6, с вывода IC1/2 на контакты IC2/2, 5, исправность резисторов R33 и R42. Рабочий уровень входного сигнала PS-ON низкий. Если все элементы в норме и напряжение поступает на соответствующие выводы, на контакте IC2/7 должно быть напряжение примерно +5 В. Такое же напряжение устанавливается на IC2/1.

3. Если этого не происходит, микросхема IC2 неисправна и требует замены.

Плохая стабилизация вторичного напряжения 3,3 В.

Возможная причина: нарушение работы стабилизатора на ZIC1 и Q11.

Алгоритм поиска неисправности:

1 Непосредственная стабилизация вторичного напряжения +3,3 В производится каскадом на транзисторе Q11 и маломощном стабилизаторе ZIC1. Вторичное напряжение на этот стабилизатор подается от тех же обмоток, что и на канал+5 В. Между выводом 4 вторичной обмотки трансформатора , T3 и анодом одного из выпрямительных диодов сборки SBD3 включен сглаживающий дроссель L6. Благодаря этому дросселю, импульсы на аноде

указанного диода имеют меньшую амплитуду, 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 +3,3 В регулируется частичным разрядом положительной обкладки C34 через транзистор Q11 при подключении ее к источнику отрицательного напряжения, образованного выпрямительным диодом D31 и конденсатором C28.

Для проверки работы стабилизатора следует установить 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 общей мощностью 20 Вт. К выходу канала +3,3 В присоединить резистивную нагрузку 3 Ом мощностью 4 Вт. В таком режиме разбаланса нагрузок энергии по каналу +5

В поступает больше, чем по цепи+3,3 В. При нормальной работе стабилизатора

напряжение в точке соединения ZIC1 и резистора R54 поддерживается постоянным на уровне =2,7- 2,8 В. Напряжение же на эмиттере транзистора Qll изменяется в некоторых пределах. При повышении выходного напряжения канала +3,3 В транзистор Q11 открывается. Происходит замыкание положительной обкладки конденсатора С34 через резистор R55 и открытый транзистор Qll на конденсатор, С28, напряжение на правой по схеме обкладке которого имеет отрицательный уровень.

3. Следует проконтролировать работу этого каскада и проверить уровень напряжения на выходе ZIC1. Если реальная логика работы стабилизатора отличается от описанной или уровень напряжения на ZIC1 превышает указанное значение, требуется замена Qll или маломощного стабилизатора.

Возможная причина: неисправность транзистора Q4 или элементов в его базовой цепи.

Алгоритм поиска неисправности:

1. Режим длительной блокировки работы микросхемы IC1 устанавливается либо при отсутствии низкого уровня сигнала PS-ON, либо при срабатывании пары транзисторов Q4 и Ql. В первом случае микросхема блокируется только в течение периода, когда транзистор Q2 находится в состоянии насыщения. Работа ШИМ преобразователя возобновляется, когда транзистор Q2 установлен о состояние отсечки. Во втором случае блокирующее напряжение через открытый транзистор Ql подается на вывод IC1/4. Проводящее состояние:- транзистора Ql поддерживается открытым транзистором Q4, подключенным к базовой цепи Ql. Включение транзистора Q4 может происходить от сигналов, поданных в его базовую цепь через диоды D4 и D5. После переключения Ql к базовой цепи Q4 подключается положительное напряжение, поступающее через Ql, 03, Rll. Это напряжение удерживает как Q4, так и Ql в проводящем состоянии. Если транзистор Q4 неисправен, то защита не будет блокировать работу IC1 при КЗ по отрицательным каналам вторичных напряжений. При возникновении K3 по каналу +5 В блокировка будет возникать только в течение промежутка времени, когда КЗ действует. Источник питания будет возобновлять свою работу автоматически после устранения КЗ.

2. Чтобы выяснить причину кратковременной блокировки блока питания его необходимо подключить к сети и искусственно создать КЗ по каналу -5 В. Проследить подачу положительного напряжения через D4 на базу Q4. Если открывающее положительное напряжение на базу транзистора поступает, а он не переходит в проводящее состояние, то Q4 неисправен и требуется его замена.