 |
Литература: Программирование и ремонт Импульсные блоки питания Неисправности и замена Радиоэлектронная аппаратура Микросхема в ТА Рубрикатор ТА Кабельные линии Обмотки и изоляция Радиоаппаратура Гибкие диски часть 2 часть 3 часть 4 часть 5 Ремонт компьютера часть 2 Аналитика: Монтаж Справочник Электроника Мощные высокочастотные транзисторы 200 микросхем Полупроводники ч.1 Часть 2 Алгоритмические проблемы 500 микросхем 500 микросхем Сортировка и поиск Монады Передача сигнала Электроника Прием сигнала Телевидиние Проектирование Эвм Оптимизация Автомобильная электроника Поляковтрансиверы Форт Тензодатчик Силовые полевые транзисторы Распределение частот Резисторные и термопарные Оберон Открытые системы шифрования Удк
[1]
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИМПУЛЬСНЫХ БП
Эти характеристики приводятся в сопроводительной документации на БП. Наиболее полно они представлены в инструкциях по эксплуатации (Operating Instruction Manual), предназначенных для специальных сервисных служб по ремонту и обслуживанию.
Наиболее важные из характеристик, но в гораздо меньшем объеме, приводятся в рекламных проспектах и инструкциях для пользователя, приобретающего компьютер, укомплектованный данным типом блока. Такого рода документация известна под общим названием "Руководство для пользователя" (Users Manual).
И, наконец, самые важные характеристики могут быть указаны в виде цветных табличек (Labels), наклеенных на металлический корпус блока. На них приводятся минимально необходимые технические характеристики для исключения
ошибок при установке БП.
Кроме того, поскольку к БП предъявляются жесткие требования в части электромагнитной совместимости, то в паспортных данных обязательно имеется ссылка на выполнение БП в соответствии со специальным стандартом на этот параметр. В данном руководстве такая ссылка имеется: блок сконструирован в соответствии с национальными стандартами BS800, VDE0871, СЕЕ15.
Отдельным пунктом указывается о совместимости данного блока с IBM PC AT.
Кроме перечисленных могут приводиться и другие характеристики. Например, в рекламном проспекте на БП PSQ-1-200 приводятся такие характеристики как: акустический шум (не более 38 dB), уровень радиопомех ( 54dB max в диапазоне частот 0,15-5 MHz и 48dB max в диапазоне 5-30
MHz).
ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ (ИБП)
БП для компьютеров строятся по бестрансформаторной схеме подключения к питающей сети и представляют собой импульсные БП, которые характеризуются высоким КПД (более 70%), малым весом и небольшими габаритами.
Однако импульсный БП является источником импульсных помех, что предъявляет к его схеме высокие требования в части электромагнитной совместимости с остальной схемой компьютера, а также с другими бытовыми электронными устройствами. Кроме того в бестрансформаторных ИБП нет гальванической развязки части схемы от напряжения сети, что требует принятия специальных мер безопасности при его ремонте. Основными функциональными частями ИБП являются:
•входной помехоподавляющий фильтр;
•сетевой выпрямитель;
•сглаживающий емкостной фильтр;
•схема пуска;
•ключевой преобразователь напряжения с импульсным силовым трансформатором (силовой инвертор);
•схема управления;
•цепи формирования выходных напряжений, гальванически развязанные от питающей сети;
•цепи формирования и передачи сигнала обратной связи на схему управления.
В зависимости от назначения ИБП может содержать различные дополнительные схемы, например:
•линейные стабилизаторы в интегральном или дискретном исполнении;
•помехоподавляющие цепи;
•схемы защиты от перегрузок по току, а также от входного и выходного пере- и недо-напряжения.
Кроме того в схему ИБП могут включаться схемы формирования специальных управляющих сигналов, обеспечивающих согласованную работу ИБП с питаемой от него схемой.
Для получения постоянных напряжений с помощью ИБП с бестрансформаторным входом в нем осуществляется тройное преобразование напряжения. Переменное напряжение сети выпрямляется и сглаживается. Полученное постоянное напряжение преобразуется в импульсное прямоугольное напряжение частотой несколько десятков килогерц, которое трансформируется с соответствующим коэффициентом на вторичную сторону, выпрямляется и сглаживается. Определяющим узлом любого ИБП является ключевой преобразователь напряжения и в первую очередь его силовая часть (мощный выходной каскад). Выходные каскады всех разновидностей ИБП можно разделить на два больших класса: одно-тактные и двухтактные.
Таблица 3. Технические характеристики на БП SMPS 5624 (приведенные в сервисной документации)
Параметр | Значение |
Входное сетевое напряжение (Input Voltage) | 180-264V |
Частота входного сетевого напряжения (Input Frequency) | 47-53 Hz |
Общая максимальная выходная мощность (Total Output Power) | 200 W |
Стандартные выходные параметры (Standart Outputs): выход 1 выход 2 выход 3 выход 4 | +5V, 20А max, ЗА min; +12V, 7Amax, 1A min; -5V, 1A max. 0A min; -12V, 1A max, 0A min |
Возможность регулировки выходных напряжений (Voltage Adjustment) | Отсутствует (Fixed Output) |
Стабилизация при изменениях сетевого напряжения (Line Regulation) | При изменении напряжения сети от 180V до 264V выходные напряжения всех каналов меняются на ±0,5% при 50% нагрузке всех каналов |
Стабилизация при изменениях нагрузки в данном канале при номинальном напряжении сети (Load Regulation): выход 1 выходы 2-4 | Выходное напряжение канала +5V меняется на +0,5% при изменении нагрузки этого канала от 25% до 100% и неизменной 25%-й нагрузке остальных каналов Выходное напряжение в каждом из этих каналов меняется не более чем на 0,1% при изменении нагрузки этого канала от 50% до 100% и при неизменной 25%-й нагрузке в канале +5V |
Стабилизация при изменениях нагрузки в других каналах (Cross Regulation): выход 1 выходы 2-4 | Выходное напряжение канала +5V, нагруженного на 25%, изменяется не более чем на 0,1% при изменении нагрузки в любом из остальных каналов от 50 до 100% Выходное напряжение любого из этих каналов, нагруженного на 25% меняется не более чем на 4% при изменении нагрузки в любом из остальных каналов от 50 до 100% (при этом те каналы, нагрузка в которых не меняется, нагружены на 25%) |
Пульсации (Ripple Spikes) | 1% от номинала выходного напряжения; среднеквадратическое значение 20mV на частоте 30MHz при работе в нагруженном режиме |
Температурный дрейф уровня выходных напряжений (Temperature Coefficient) | 0,02%/°С для канала +5V, 0,05%/°С для остальных каналов |
Общий КПД БП (Efficiency) | 75% |
Время удержания выходных напряжений после выключения (после последнего пика сетевого напряжения) (Hold Up Tirm) | 20ms min |
Диапазон рабочих температур (Operating Temperature) | 0-50 °С |
Бросок тока при включении (Switch On Surge) | 79A max |
Изоляция (Insulation) | Более 10 МОм при замере 500-вольтовым мегомметром между сетевым входом и вторичной "землей", при всех выходах, закороченных на "землю" |
Параметры сигнала PG (Power Goodness) | TTL-совместимость; задержка появления разрешающего сигнала PG высокого уровня при включении - от 100 до 200 mS; упреждающее исчезновение сигнала PG (переход в низкий уровень) минимум за 1 ms до того , как выходные напряжения станут меньше нижнего порога стабилизации |
Наличие защит (Protections) | При КЗ в нагрузке, значительной токовой перегрузке и перенапряжении на выходе канала +5V (от +5.8V до +7,0V); защитное отключение блока с последующим самовосстановлением; предохранитель: 4А по сетевому входу |
Подстыковка (Termination)С помощью четырех и шестиконтактных соединителей
~220В 50Гц
ПП
фильтр
RTH
BD
шина Uep=+310V
I I L
схема пуска
I
схема управления
~1-
C1 D2
TI
C2~l
цепь обратной связи
Рис.3. Обобщенная структурная схема однотактного ИБП с бестрансформаторным входом.
Рассмотрим работу обобщенной однотактной схемы ИБП, приведенной на рис. 3.
Переменное напряжение сети выпрямляется диодным мостом и сглаживается конденсатором большой емкости. В результате на выходе выпрямителя появляется постоянное положительное напряжение Uep = +310В. Этим напряжением за-питывается схема пуска, которая вырабатывает питающее напряжение для схемы управления сразу после включения ИБП. На выходе схемы управления вырабатывается управляющее напряжение в виде последовательности прямоугольных импульсов с частотой порядка несколько десятков килогерц. Эти импульсы управляют состоянием (открыт/закрыт) мощного ключевого высокочастотного транзистора, нагрузкой которого является первичная обмотка импульсного высокочастотного трансформатора (ИВТ). В результате переключении транзисторного ключа во вторичных обмотках ИВТ наводятся импульсные ЭДС прямоугольной формы, которые затем выпрямляются и сглаживаются.
Силовая часть однотактного преобразователя с бестрансформаторным входом может быть выполнена одним из двух возможных способов. Поэтому следует различать проточные (прямоходовые) и запорные (обратноходовые) преобразователи.
В проточных преобразователях ток подзарядки накопительных емкостей во вторичной цепи (ток через диоды выпрямителя) протекает во время открытого состояния ключевого транзистора, а в запорных - во время закрытого состояния этого транзистора. Тип преобразователя определяется выбором определенной полярности подключения выпрямительных диодов ко вторичным обмоткам импульсного трансформатора и конструктивными особенностями самого импульсного трансформатора.
Принципиальная схема прямоходового преобразователя (преобразователя с пропускающим диодом) изображена на рис. 4,а. Энергия в цепь нагрузки передается через диод D1 во время открытого состояния транзистора Q1. Одновременно в сердечнике дросселя L1 накапливается магнитная энергия (токи через дроссель и первичную обмотку Т1 линейно нарастают), которая затем во время закрытого состояния Q1 выдается в нагрузку через диод D2. При этом ток дросселя линейно уменьшается. Магнитная энергия, накопленная в сердечнике трансформатора Т1 за время открытого состояния Q1, снова возвращается в источник во время закрытого состояния Q1. Этот возврат (рекуперация) осуществляется с помощью обмотки размагничивания и диода D3. В против-
ном случае сердечник трансформатора оказался бы в состоянии насыщения, что при следующем открывании транзистора Q1 привело бы к выводу его из строя чрезмерно большим током первичной обмотки Т1, индуктивность которой была бы очень мала.
Таким образом в прямоходовом преобразователе трансформатор служит только для трансформации энергии. Исходя из этого принципа трансформатор прямоходового преобразователя должен выполняться таким, чтобы запасаемая в его сердечнике магнитная энергия за время открытого состояния транзистора была бы минимальной.
* ci ивых ПКн
а)
D1
T1
ивх
C1ивых [] Fta
1
б)
Рис.4. Преобразователь с пропускающим (а) и запирающим (б) диодом (без схемы управления и согласующего каскада).
Принципиальная схема обратноходового преобразователя (преобразователя с запирающим диодом) изображена на рис. 4,б. Трансформатор Т1 во время открытого состояния транзистора Q1 запасает магнитную энергию, т.к. через первичную обмотку Т1 и открытый Q1 протекает нарастающий во времени ток. Во время закрытого состояния транзистора Q1 трансформатор Т1 отдает накопленную энергию через диод D1 в конденсатор С1 и в нагрузку. Во время открытого состояния транзистора диод D1 закрыт, и нагрузка получает энергию только от конденсатора С1. Об-ратноходовой преобразователь является единственным типом преобразователя с одним только индуктивным элементом в виде трансформатора Т1, который служит для накопления и трансформации энергии. Поскольку трансформатор Т1 является накопительным элементом, то большое значение приобретает линейность характеристики намагничивания его сердечника в большом ди-
F
T
Q