Рис. 57. Помехообразование и помехоподавление в ИБП: 1 - настенная сетевая розетка; 2 - вилка сетевого шнура; 3 - сетевой шнур; 4 - розетка сетевого шнура; 5 - входной сетевой разъем (вилка) ИБП; 6 - металлический корпус ИБП; 7 - радиатор силовых транзисторов; 8 - выходной разъем ИБП.

ющий проводник, то между коллектором транзистора и радиатором образуется емкость около 150пф (СП2). В момент переключения, когда напряжение на коллекторе транзистора Q2 скачком увеличивается до 310В, а длительность фронта составляет 0,2мкс, появляется ток утечки около 0,3А. Этот ток, протекая через зануляющий провод в первичную сеть, создает несимметричные импульсные помехи и приводит к увеличению динамических потерь на силовых транзисторах инвертора.

Для уменьшения паразитных токов включают конденсаторы CF5, CF3, CF4, которые образуют внутренний контур и создают цепь для протекания этих токов. При этом в значительной степени уменьшаются радиопомехи (примерно до 15-30 дБ) в первичной сети, создаваемые ИБП. Емкости указанных конденсаторов выбирают из такого расчета, чтобы их емкостные сопротивления на частоте помехи были намного меньше полного сопротивления сети. Обычно емкости этих конденсаторов не превышают 5000пф.

Помехи, создаваемые выпрямительными диодами вторичной стороны ИБП (как уже отмечалось ранее), обусловлены их инерционностью: в момент изменения полярности приложенного напряжения через них протекают значительные импульсные токи. Переходный процесс установления напряжения на диодах носит колебательный характер с большой амплитудой, которая зависит от распределенных паразитных емкостей, образующихся между витками трансформатора, от индуктивности рассеяния вторичной обмотки, к которой подключен данный выпрямительный диод, и времени восстановления обратного сопротивления данного выпрямительного диода. Кроме того собственная барьерная емкость диода образует с индуктивностью рассеяния вторичной обмотки паразитный колебательный контур. Напряжение ударного колебания повышенной частоты создает импульсные помехи, которые про-

никают в нагрузку и первичную сеть. Для снижения уровня этих помех диоды и вторичные обмотки трансформатора обычно шунтируются успокаивающими RC-цепочками, благодаря чему ударное колебание затухает. Механизм работы такой RC-цепочки был описан выше.

Кроме того, нескомпенсированные высокочастотные токи создают внутри и вокруг ИБП область электромагнитного поля помех. Это поле наводит паразитные ЭДС в проводниках, элементах и узлах ИБП и схемы компьютера, находящихся в этой области.

Наиболее эффективными мерами борьбы против электромагнитных наводок являются:

•уменьшение площадей замкнутых контуров, которые могут быть как источниками, так и приемниками высокочастотных помех;

•разделение цепей переменного тока, силовых цепей и цепей измерительно-усилительных элементов обратной связи ИБП.

Помимо этого, свивают провода так, чтобы сумма токов одного направления в точности равнялась сумме токов другого направления, и, при необходимости, экранируют их.

Эффективным средством уменьшения кондук-тивных помех, создаваемых ИБП, является включение по входу, связанному с первичной сетью, помехоподавляющих фильтров, которые одновременно уменьшают влияние несимметричных помех, фильтры, подавляя внешние и внутренние помехи, повышают надежность работы узлов компьютеров и обеспечивают нормальную работу других устройств, включенных в общую с компьютером первичную сеть. В основу построения указанных фильтров заложено Г-образное, Т-образное или П-образное соединение дросселя и конденсаторов. Вносимое затухание фильтра в полосе его пропускания характеризуется падением напряжения на фильтре, которое обычно составляет 1..2% номинального напряжения сети.

Работу элементов фильтра удобно проследить, анализируя механизм помехоподавления.

Однако для этого необходимо ввести понятия о симметричной и несимметричной помехах.

Источник помех, в качестве которого может выступать, например, первичная сеть, создает между проводами питания напряжение помехи, называемое симметричным или дифференциальным, а также напряжения между каждым проводом и корпусом ИБП, называемые несимметричными или синфазными напряжениями радиопомех.

Отсюда следует, что необходимо учитывать оба вида высокочастотных помех как на входе ИБП, так и на его выходе. Дифференциальная или симметричная помеха измеряется между двумя полюсами шин питания.

Второй вид - синфазное или несимметричное напряжение помехи - измеряется относительно металлического корпуса ИБП с каждым из полюсов шин питания (входных или выходных).

Для входной и выходной цепей ИБП

ипом. дифф. = U+ пом.с - Uпом.с,

где ипом.дифф. - дифференциальное напряжение помехи на шинах ИБП (входных или выходных); U+пом.с, и-пом.с - синфазные напряжения помехи на положительной и отрицательной шинах соответственно.

Рассмотрим, например, случай, когда симметричная помеха воздействует на схему ИБП со стороны питающей сети. Для анализа воспользуемся рис. 57.

ЭДС помехи еп приложена ко входу ИБП между фазным и нулевым проводом со стороны сети. Конденсатор CF1 представляет собой очень большое сопротивление для питающего тока промышленной частоты, и поэтому этот ток через конденсатор CF1 не ответвляется. Для импульсного высокочастотного тока помехи этот конденсатор, напротив, имеет очень малое сопротивление, и поэтому большая часть тока помехи замыкается через него.

Однако одного только конденсатора CF1 оказывается недостаточно для полного подавления помехи. Поэтому далее включается двухобмоточ-ный дроссель LT, называемый также нейтрализующим трансформатором. Обмотки I и II LT имеют одинаковое число витков и намотаны на одном сердечнике. Направление намотки обеих обмоток согласное. Из этого следует, что полезный ток промышленной частоты, протекающий по обмоткам I и II в противоположных направлениях, будет создавать в сердечнике LT два равных встречно направленных магнитных потока, взаимно компенсирующих друг друга. Поэтому независимо от величины потребляемого от сети тока сердечник LT не будет намагничиваться, а значит индуктивность обеих его обмоток будет максимальна. Несмотря на это, из-за того, что питающий полезный ток имеет низкую промышленную частоту, обмотки LT не будут оказывать ему сколько-нибудь значительного сопротивления. Высокочастотный же ток помехи будет задерживаться этим дросселем. При этом, благодаря трансформаторному включению, индуктивность каждой из обмоток LT возрастает на величину взаимной индуктивности М. Это объясняется тем, что магнитные потоки от

высокочастотного тока помехи точно также взаимно компенсируются, как и потоки от питающего тока промышленной частоты. Поэтому сердечник LT не намагничен, а магнитная проницаемость его максимальна. Если бы вместо LT в каждой провод сети был бы включен отдельный дроссель, то протекающий ток намагничивал бы сердечники этих дросселей, в результате чего их магнитная проницаемость была бы меньше. Следовательно, и индуктивности этих дросселей (при том же числе витков) были бы меньше, чем в случае размещения их на общем сердечнике.

И , наконец, остаточная энергия помехи подавляется конденсатором CF2, который замыкает через себя оставшуюся часть тока высокочастотной помехи, прошедшую через LT. Однако основное назначение этого конденсатора заключается не в этом. Бестрансформаторный мостовой выпрямитель D1-D4 также является генератором высокочастотных помех. Это связано с импульсным характером тока через выпрямитель и в значительной мере зависит от свойств полупроводниковых диодов выпрямителя (крутизны вольтам-перной характеристики, инерционности). Как уже отмечалось ранее, процесс восстановления обратного сопротивления диодов при коммутации не является мгновенным. Поэтому при смене полярности приложенного напряжения через диоды первоначально протекают импульсные обратные токи, обусловленные рассасыванием избыточных носителей, накопленных в базе за время открытого состояния. Эти импульсные токи и являются помехами, генерируемыми сетевым выпрямителем. Конденсатор CF2, включенный в диагональ выпрямительного моста D1-D4, замыкает через себя импульсные токи помех, препятствуя их проникновению в питающую сеть и нагрузку ИБП.

Необходимо отметить, что для разрядки конденсаторов сетевого фильтра после выключения ИБП из сети на входе сетевого фильтра может включаться высокоомный резистор (R1 на рис.57). Включение такого резистора обусловлено требованиями техники безопасности при ремонте ИБП.

Для предотвращения проникновения несимметричных импульсных помех из силового инвертора в нагрузку через общий провод вторичной стороны, в схемах некоторых ИБП этот общий провод не имеет гальванической связи с металлическим корпусом ИБП, а подключен к нему через дополнительный фильтрующий конденсатор малой емкости. При таком включении большая часть тока импульсной помехи замыкается через этот конденсатор внутри схемы ИБП. На схеме рис. 56 таким конденсатором является С31 (10нф/1кВ). С другой стороны, CF5 (рис.57) в некоторых схемах ИБП может отсутствовать. Наличие CF3, CF4 (рис.57) - обязательно и предотвращает проникновение несимметричных импульсных помех в питающую сеть.

В заключение следует сказать несколько слов о расположении плавкого предохранителя. Во всех конструкциях ИБП предохранитель располагается как можно ближе к месту ввода в корпус ИБП переменного питания, т.е. предохранитель всегда устанавливается перед сетевым фильтром. Иначе ИБП был бы не гарантирован от повреждения при

КЗ в элементах сетевого фильтра. Однако это приводит к появлению дополнительных проводов перед сетевым фильтром, которые могут генерировать (как антенны) сетевые электромагнитные

ВЕНТИЛЯТОР

помехи. Поэтому конструктивное изменение положения предохранителя при ремонте нежелательно.

Встроенный в ИБП персонального компьютера вентилятор выполняется на основе двухфазного вентильного двигателя постоянного тока с внешним ротором. Остановимся подробнее на устройстве и принципе работы вентильного двигателя. Применение обычного коллекторного двигателя постоянного тока в компьютере недопустимо, т.к., во-первых, он является источником

Рис. 59. Эквивалентная схема датчика Холла.

электромагнитных помех, а, во-вторых, требует систематического ремонта, связанного с механическим износом щеток. Поэтому применяются вентильные двигатели в бесколлекторном варианте исполнения. В таком двигателе на роторе расположены постоянные магниты, создающие магнитный поток возбуждения, а обмотка якоря расположена на статоре (обращенная конструкция). Питание обмотки статора осуществляется таким образом, что между ее намагничивающей силой и потоком возбуждения сохраняется смещение в 90 градусов. При вращающемся роторе такое положение может сохраниться в результате переключения обмоток статора. При переключении должны выполняться два условия, согласно которым обмотки статора должны переключаться в определенный момент времени и с заданной последователь-

ностью. При этом положение ротора определяется с помощью датчика положения, в качестве которого обычно используется датчик Холла. Датчик положения управляет работой электронных ключей (транзисторов). Таким образом электронная схема составляет неотъемлемую часть бесколлекторного вентильного двигателя, поскольку без нее невозможна его нормальная работа.

Рассмотрим принцип действия элементов Холла. При протекании электрического тока 1с по полупроводниковой пластинке, расположенной перпендикулярно магнитному полю, в пластинке наводится ЭДС Ей, направление которой перпендикулярно как току 1с, так и магнитной индукции В (рис. 58). Поскольку ЭДС действует на заряженные частицы (электроны или дырки) в соответствии с правилом левой руки, то заряженные частицы смещаются к левой стороне полупроводниковой пластинки. Полярность ЭДС зависит от типа проводимости полупроводника (р- или n-тип) и направления вектора магнитной индукции В. Значение ЭДС, называемой напряжением Холла, определяется как:

Eh=-(l/d)BIcRh, где Rh - постоянная Холла; Ic - ток через пластинку; В - магнитная индукция; d - толщина пластинки.

Полупроводниковые приборы, предназначенные для определения магнитных полей, называются датчиками Холла.

В современных вентильных двигателях постоянного тока широко применяются датчики Холла n-типа на основе InSb и GaAs.

Рассмотрим принцип определения положения ротора с помощью датчика Холла.

На рис. 59 показана эквивалентная схема датчика Холла, представленная в виде цепи с четырьмя выводами. Как было показано выше, при протекании управляющего тока или тока смещения Ic, от вывода 3 к выводу 4 элемента Холла, помещенного в магнитное поле, вектор индукции которого перпендикулярен плоскости элемента, на выводах 1 и 2 элемента наводится холловское напряжение Eh. Если предположить, что R1=R2 и R3=R4 и принять вывод 4 за общую точку схемы, то потенциалы выводов 1 и 2 равны соответственно Eh/2 и -Eh/2. Далее при изменении направления магнитного поля меняется полярность наводимого на элементе напряжения, что показано на рис. 60. Поэтому если разместить элемент Холла вблизи ротора с постоянным магнитом, то этот элемент точно выявляет положение полюсов и значение магнитной индукции, генерируя выводные напряжения Ем и Eh2.

На рис. 61,а показан простейший вентильный двигатель постоянного тока. с элементом Холла, расположение которого изображено на рис.61,б. Для управления токами в обмотках W1 и W2 выходные сигналы датчика Холла поступают на вход