Какое напряжение должно быть на конденсаторе импульсного блока питания высоковольтном
Обновлено: 07.07.2024
Всем здравствуйте! Сегодня мы будем ремонтировать блок питания телевизора LG32LM580 Типовая невключайка еще один НЕ ТАК ЧАСТО ВСТРЕЧАЮЩИЙСЯ ДЕФЕКТ!
Модель блока питания EAX64310001 (1.7)
Вот фото блока с двух сторон. Постарался сфотать так, чтобы были видны номиналы деталей.
Ну что-же приступим! Внешний осмотр показал сгоревшие резисторы , а "прозвонка" тестером указала пробитый полевой транзистор во вторичной части , на этих фото их нет, но ниже я покажу и расскажу что было сделано с неисправным блоком , для его оживления!
Прибор ставим на проверку диодов, разряжаем входной электролитический конденсатор и проверяем короткое или обрывы на полупроводниках и резисторах в первичной-(высоковольтной) сетевой части и на вторичке- выходной низковольтной части!
Замеры показали - ИСПРАВНЫЙ предохранитель, никаких подозрительно прозванивающихся элементов! Самый действенный способ проверить на короткое сетевой электролит! Если показывает разряд в обе стороны, то можно попробовать включить в сеть ТОЛЬКО ЧЕРЕЗ ЛАМПОЧКУ 220вольт 50-60 ватт! Так я и сделал, как впрочем и всегда делаю )))
Лампочка вспыхнула и погасла, на конденсаторе 290 вольт, но на выходе блока питания нет никаких напряжений, даже дежурки.
Далее меряем напряжение питания на ШИМ-ке дежурного режима! Здесь установлен ШИМ марки ICE3BR4765 дежурка.
Согласно datasheet-ту и примерной схеме напряжение питания у неё должно быть 15-20 вольт -ПРИСУТСТВУЮТ 18 вольт ! НО МИКРОСХЕМА НЕ СТАРТУЕТ!
Видимо телик после грозы, мне так показалось. Последнее время несут прошлогодние аппараты, видать люди к весне готовятся, к дачному сезону. )))
Ну что-же, проверив всю обвязку ШИМ я не нашёл ничего подозрительного. МЕНЯЕМ ШИМ.
После замены у меня на выходе появилось напряжение дежурного режима - 3,5 вольта.
А теперь о сгоревших элементах. На фото ниже я показываю низкоомные резисторы которые были сгоревшие на ремонтируемом блоке.
Введение.
Схемотехника.
Хотя часть ремонтируемых блоков питания не имеют родных схем, большинство ремонтов блоков питания на ШИМ 3843 (3842,3844,3845) мы выполняем по нижеприведенной принципиальной электрической схеме.
Схема блока питания D-Link JTA0302D-E (5В*2А), такая схемотехника характерна для канонических вариантов схем.
Подобная схема хоть и не соответствует стандартам, но максимально приближена к каноническому варианту исполнения принципиальных электрических схем. Некоторые признаки указывают, что схема была срисована с уже готового блока питания, а значит так ее видит автор. Если бы эту схему рисовали мы, то получился бы несколько другой вариант, по которому проще ремонтировать, схема от немного другого блока питания, несколько сумбурно прорисованы цепи обратной связи, холодная и горячая земля, но все же по ней проще делать диагностику.
Схема блока питания D-Link 5В*2А, такая схемотехника характерна для наглядных пособий по ремонту.
Отличие этих двух схем в элементной базе небольшие, но есть серьёзные различия в исполнении, если первая схема ориентирована на ГОСТ, то вторая схема нарисована специалистом ранее ремонтировавшим подобный блок питания.
Терминология.
Так как материал рассчитан на специалиста, редко занимающегося ремонтом импульсных блоков питания, то поиск по сопутствующим ресурсам или ответы от более опытных коллег, иногда ставят в тупик, вместо того чтобы помочь в решении проблемы. Такое происходит от специфики терминологии используемой в среде специалистов при ремонте блоков питания. Стоит отметить терминология может меняться от региона к региону, например грифлик может называться снаббером, а пусковой конденсатор – конденсатором первого удара.
Схема блока питания D-Link 5В*2А, с небольшими корректировками, для удобства чтения.
Структурная блок схема блока питания D-Link 5В*2А
Что бы не было неоднозначности, конкретно пропишем каждые элементы блок схемы, функционал и особенности диагностики рассмотрим позже.
Предохранитель F1 (2.25А) тут возможно опечатка или неудачное сокращение, скорее всего имеется ввиду 2А*250В, по функционалу - не занимается фильтрацией, но мы его отнесли к цепям входного фильтра
Терморезистор TR(5 Ом) необходим для «мягкого пуска» блока питания в момент включения и хотя по функционалу - не занимается фильтрацией, мы его отнесли к цепям входного фильтра.
Х-конденсатор XC1 (100 pF*250B), тут стоит обратить внимание – это X конденсатор.
Дроссель L1 – как правило это проволочный дроссель на феррите (не пермаллой), выполненный в виде трансформатора.
Диодный мост DB1-DB4(1N4007)
Конденсатор входного выпрямителя С1(33мкф*400В)
3.Высокочастотный трансформатор
T1.1 Высоковольтная (первичная) обмотка
T1.2 Обмотка для питания ШИМ
T1.3 Низковольтная (вторичная) обмотка
4. Грифлик.
Резистор R1(39кОм) редко бывает в планарном исполнении, так как на нем рассеивается значительная мощность
Конденсатор С2(4700 пФ*2кВ) использование низковольтного конденсатора в этой цепи недопустимо.
Быстродействующий диод VD1(PS1010R) – не смотря на рабочее напряжение конденсатора 2кВ, рабочее напряжение этого диода обычно 1кВ, при хорошем токе в 1А.
5. Выходной выпрямитель.
Диод Шотки VD5-VD6 (SB340) использование диодов Шотки позволяет на малых мощностях обойтись без дополнительных элементов охлаждения.
Конденсаторы LowESR C9, C10 (680 мкФ*10В) использование обычных конденсаторов допустимо, но резко снижает ресурс блока питания, так как эти конденсаторы работают в очень жестком режиме.
Дроссель L2 выполняет двойную функцию является накопителем для конденсатора С20, а так же является элементом фильтра.
Конденсатор С20 (220мкФ*10В) – благодаря дросселю L2 работает в нормальном режиме и особых требований, кроме массогабаритных показателей, к этому конденсатору не предъявляется.
Резистор R21(220 Ом) – формально не является элементом выходного выпрямителя, а служит для быстрого разряда С9,С10, С20, L2.
6. Силовой ключ.
МОП транзистор с n-каналом VT1(P4NK60Z), полевой транзистор на работу с которым рассчитан ШИМ UC3843
7. Токовый датчик.
Резистор R2(1.5 Ом) не смотря на то, что рассеивает значительную мощность, встречается как в планарном так и проволочном исполнении. В случае планарного исполнения набирается путем параллельного соединения нескольких планарных резисторов.
Резистор R8 (300 Ом), R3(750кОм) и С4 (10нФ) мы не хотели добавлять эти элементы в раздел токовый датчик, так как они создают некоторую путаницу в терминологии, ведь под понятием токовый датчик подразумевается именно резистор R2(1.5 Ом) и только он, но слово из песни не выкинешь, так как формально эти элементы так же являются цепями токового датчика, мы вынуждены их упомянуть, тем самым создав некоторую путаницу в терминологии токового датчика.
8. Цепь запуска.
Резистор R4 (300кОм) не смотря на простоту один из самых сложных элементов блока питания, так именно он определяет возможные замены ШИМ на аналоги, именно он выглядит как неисправный элемент, так как он рассеивает значительные мощности, именно при замене этого резистора забывают посмотреть рабочее напряжение резистора, а ведь оно должно быть не менее 400 В, для примера, планарный резистор типоразмера 1206 имеет максимальное рабочее напряжение 250В.
9. Рабочее питание
T1.2 Обмотка для питания ШИМ
Резистор R9 (5.1 Ом) элемент интегрирующей цепи для гашения паразитных выбросов трансформатора, очень неоднозначный элемент – именно неудачный выбор (слишком большой номинал) этого элемента заставляет срываться блок питания на холостом ходу.
Выпрямительный диод VD2 (1N4148) – обыкновенный диод без всяких изысков.
ZD1 (BZX55C20) еще один неоднозначный элемент схемы, о нем мы поговорим попозже и рассмотрим подробнее, на данном этапе лишь укажем его характеристики 20В, 5 мА. Отметим только тот факт, что он доставляет много проблем начинающим ремонтникам.
10.Пусковой конденсатор.
Конденсатор С6 (47мкФ*25В) – без преувеличения можно назвать основным элементом импульсного блока питания. Косвенно, как только механик начинает видеть этот конденсатор только посмотрев на блок питания, можно говорить о квалификации этого ремонтника. Отметим – этот элемент всегда подлежит замене при любом ремонте импульсного блока питания, пренебрежение этой рекомендацией превращает ремонт в борьбу с ветряными мельницами.
11. ШИМ.
U2(UC3843) – не нуждается представлении, отметим только это самый простой в реализации и надежный в эксплуатации ШИМ для своего времени.
12. Драйвер силового ключа.
Резистор R5(150 Ом), рассматриваемая схема самый неудачный пример для рассматривания драйвера силового ключа, так как большинстве своем, драйвер имеет радикальное отличие от рассматриваемого, обычно это резистор номиналом 15-30 Ом.
13. Внешние цепи генератора.
Резистор R11(3кОм) и конденсатор С5(10нФ) задают частоту генерации.
14. Обратная связь.
Делитель на резисторах R22(5.25кОм) и R23(4.87 кОм)
Токоограничивающий резистор R17(470 Ом)
Оптопара гальванической развязки U1.1, U1.2
Регулируемый стабилитрон U3(KA431AZ)
Элементы коррекции цепи обратной связи конденсаторы С12 (1мкФ*50В), С3(10нФ)
Отдельно стоит отметить помехоподавляющий Y конденсатор YC2(2200пФ), но не столько из за его функционала, сколько благодаря ему можно (и нужно) отличать «горячую» и «холодную» землю.
В этой статье, я немного расскажу об основах ремонта компьютерных, импульсных блоков питания стандарта ATX. Это одна из первых моих статей, я написал её примерно 5 лет назад, по этому прошу строго не судить.
Меры предосторожности.
Ремонт импульсных БП, довольно опасное занятие, особенно если неисправность касается горячей части БП. Поэтому делаем всё вдумчиво и аккуратно, без спешки, с соблюдением техники безопасности.
Силовые конденсаторы могут длительное время держать заряд, поэтому не стоит прикасаться к ним голыми руками сразу после отключения питания. Ни в коем случае не стоит прикасаться к плате или радиаторам при подключенном к сети блоке питания.
Для того чтобы избежать фейерверка и сохранить ещё живые элементы следует впаять 100 ватную лампочку вместо предохранителя. Если при включении БП в сеть лампа вспыхивает и гаснет – все нормально, а если при включении лампа зажигается и не гаснет – где-то короткое замыкание.
Проверять блок питания после выполненного ремонта следует вдали от легко воспламеняющихся материалов.
Инструментарий.
Паяльник, припой, флюс. Рекомендуется паяльная станция с регулировкой мощности или пара паяльников разной мощности. Мощный паяльник понадобиться для выпаивания транзисторов и диодных сборок, которые находятся на радиаторах, а так же трансформаторов и дросселей. Паяльником меньшей мощности паяется разная мелочевка.
Отсос для припоя и (или) оплетка. Служат для удаления припоя.
Отвертка
Бокорезы. Используются для удаления пластиковых хомутов, которыми стянуты провода.
Мультиметр
Пинцет
Лампочка на 100Вт
Очищенный бензин или спирт. Используется для очистки платы от следов пайки.
Устройство БП.
Немного о том, что мы увидим, вскрыв блок питания.
Внутреннее изображение блока питания системы ATX
A – диодный мост, служит для преобразования переменного тока в постоянный
B – силовые конденсаторы, служат для сглаживания входного напряжения
Между B и C – радиатор, на котором расположены силовые ключи
C – импульсный трансформатор, служит для формирования необходимых номиналов напряжения, а также для гальванической развязки
между C и D – радиатор, на котором размещены выпрямительные диоды выходных напряжений
D – дроссель групповой стабилизации (ДГС), служит для сглаживания помех на выходе
E – выходные, фильтрующие, конденсаторы, служат для сглаживания помех на выходе
Распиновка разъема 24 pin и измерение напряжений.
Знание контактов на разъеме ATX нам понадобится для диагностики БП. Прежде чем приступать к ремонту следует проверить напряжение дежурного питания, на рисунке этот контакт отмечен синим цветом +5V SB, обычно это фиолетовый провод. Если дежурка в порядке, то следует проверить наличие сигнала POWER GOOD (+5V), на рисунке этот контакт помечен серым цветом, PW-OK. Power good появляется только после включения БП. Для запуска БП замыкаем зеленый и черный провод, как на картинке. Если PG присутствует, то, скорее всего блок питания уже запустился и следует проверить остальные напряжения. Обратите внимание, что выходные напряжения будут отличаться в зависимости от нагрузки. Так, что если увидите на желтом проводе 13 вольт, не стоит беспокоиться, вполне вероятно, что под нагрузкой они стабилизируются до штатных 12 вольт.
Если у вас проблема в горячей части и требуется измерить там напряжения, то все измерения надо проводить от общей земли, это минус диодного моста или силовых конденсаторов.
Визуальный осмотр.
Первое, что следует сделать, вскрыть блок питания и произвести визуальный осмотр.
Если БП пыльный вычищаем его. Проверяем, крутится ли вентилятор, если он стоит, то это, скорее всего и является причиной выхода из строя БП. В таком случае следует смотреть на диодные сборки и ДГС. Они наиболее склонны к выходу из строя из- за перегрева.
Далее осматриваем БП на предмет сгоревших элементов, потемневшего от температуры текстолита, вспученных конденсаторов, обугленной изоляции ДГС, оборванных дорожек и проводов.
Первичная диагностика.
Перед вскрытием блока питания можно попробовать включить БП, чтобы наверняка определиться с диагнозом. Правильно поставленный диагноз – половина лечения.
Неисправности:
БП не запускается, отсутствует напряжение дежурного питания
БП не запускается, но дежурное напряжение присутствует. Нет сигнала PG.
БП уходит в защиту,
БП работает, но воняет.
Завышены или занижены выходные напряжения
Предохранитель.
Если вы обнаружили, что сгорел плавкий предохранитель, не спешите его менять и включать БП. В 90% случаев вылетевший предохранитель это не причина неисправности, а её следствие. В таком случае в первую очередь надо проверять высоковольтную часть БП, а именно диодный мост, силовые транзисторы и их обвязку.
Варистор
Задачей варистора является защита блока питания от импульсных помех. При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко уменьшается до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. При перенапряжении в сети варистор резко уменьшает свое сопротивление, и возросшим током через него выжигается плавкий предохранитель. Остальные элементы блока питания при этом остаются целыми.
Варистор выходит из строя из-за скачков напряжения, вызванными например грозой. Так же варисторы выходят из строя, если по ошибке вы переключили БП в режим работы от 110в. Вышедший из строя варистор обычно определить не сложно. Обычно он чернеет и раскалывается, а на окружающих его элементах появляется копоть. Вместе с варистором обычно перегорает предохранитель. Замену предохранителя можно производить только после замены варистора и проверки остальных элементов первичной цепи.
Диодный мост
Диодный мост представляет собой диодную сборку или 4 диода стоящие рядом друг с другом. Проверить диодный мост можно без выпаивания, прозвонив каждый диод в прямом и обратном направлениях. В прямом направлении падение напряжения должно быть около 500мВ, а в обратном звониться как разрыв.
Диодные сборки измеряются следующим образом. Ставим минусовой щуп мультиметра на ножку сборки с отметкой «+», а плюсовым щупом прозваниваем в направления указанных на картинке.
Конденсаторы
Вышедшие из строя конденсаторы легко определить по выпуклым крышкам или по вытекшему электролиту. Конденсаторы заменяются на аналогичные. Допускается замена на конденсаторы немногим большие по ёмкости и напряжению. Если из строя вышли конденсаторы в цепи дежурного питания, то блок питания будет включаться с n-ого раза, либо откажется включаться совсем. Блок питания с вышедшими из строя конденсаторами выходного фильтра будет выключаться под нагрузкой либо так же полностью откажется включаться, будет уходить в защиту.
Иногда, высохшие, деградировавшие, конденсаторы выходят из строя, без каких либо видимых повреждений. В таком случае следует, предварительно выпаяв конденсаторы проверить их емкость и внутренние сопротивление. Если емкость проверить нечем, меняем все конденсаторы на заведомо рабочие.
Импульсные источники питания (ИИП) заполонили мир. Кажется, что они применяются везде, полностью вытеснив традиционные. На самом деле, этот вопрос неоднозначный.
В обзоре речь пойдет именно об импульсных блоках питания (ИИП) – преобразователях переменного сетевого напряжения в постоянное. Следует отличать такие устройства от импульсных стабилизаторов (стабилизируют входное постоянное напряжение) и преобразователей DC/AC или AC/AC (например, 12VDC/220 VAC, преобразующих напряжение автомобильной бортсети в 220 вольт), хотя в этих устройствах применяются похожие принципы.
Отличия импульсного блока питания от обычного трансформаторного
Традиционный «трансформаторный» блок питания строится по схеме: трансформатор - выпрямитель с фильтром - стабилизатор выходного напряжения (может отсутствовать). Схема несложна и отработана годами, но у нее есть существенный недостаток – при увеличении мощности опережающими темпами растут габариты и вес.
В первую очередь растут размеры и масса трансформатора. Для повышения тока надо увеличивать сечение обмоток, но главный вклад в массогабаритные характеристики вносит сердечник. Не вдаваясь в физические подробности, можно отметить, что эту проблему можно обойти, увеличив частоту, на которой происходит трансформация. Чем выше частота, тем меньшим сердечником можно обойтись. Не зря в авиации и кораблестроении используются электросети на частоту 400 Гц. Многие элементы получаются гораздо легче и компактнее. Но в быту негде взять повышенную частоту. 50 Гц в розетке – все, что доступно потребителю. Поэтому блоки питания на большие токи строят по другому принципу. В них переменное напряжение сети выпрямляется, а затем из него «нарезаются» импульсы более высокой (до нескольких десятков килогерц) частоты. За счет этого трансформатор получается маленьким и легким без потери мощности. Это главное, чем отличается любой импульсный блок питания от обычного.
Еще один источник повышенных размеров и габаритов – стабилизатор. В традиционных БП применяются линейные стабилизаторы. Они требуют повышенного входного напряжения, а разница между входом и выходом, умноженная на ток нагрузки, бесполезно рассеивается. Это ведет к дополнительному увеличению массы трансформатора, который должен обеспечивать необходимый бесполезный запас по мощности, а также требует больших и тяжелых теплоотводящих радиаторов. В ИИП это делается по другому принципу. Напряжение стабилизируется методом изменения ширины импульсов. Это позволяет повысить КПД и не требует отвода излишнего тепла в таком количестве.
В видео-сравнение линейного и импульсного блоков питания.
К недостаткам импульсников можно отнести усложненную схемотехнику и повышенные требования к надежности элементов. Эти минусы сходят на нет с ростом мощности. Считается, что для выходных токов до 2..3 ампер подходят трансформаторные блоки с линейными стабилизаторами, а чем выше нагрузка, тем ярче начинают проявляться преимущества ИИП. При токах от 10 А обычно о трансформаторных БП речь уже не идет.
Среди минусов импульсных источников также надо упомянуть генерацию помех в питающую сеть и «замусоренность» выходного напряжения высокочастотными составляющими.
Какие бывают виды и где применяются
Разделить импульсники можно по разным признакам. По выходному напряжению они делятся на:
- однополярные с одним уровнем напряжения;
- ондополярные с несколькими уровнями напряжения;
- двухполярные.
Эти типы можно комбинировать как угодно – принципиальных ограничений нет. Можно создать блок питания, например, с несколькими однополярными напряжениями (+5 В, +24 В) и с двуполярным (±12 В), или с двумя двуполярными выходами (±12 В, ±5 В). Все зависит от области применения.
Более интересной является информация о типе стабилизации. Здесь ИИП можно разделить на категории:
- Нестабилизированные источники. У них выходное напряжение зависит от нагрузки. Могут быть применены для питания оконечных устройств аудиоаппаратуры (усилители и т.п.).
- Стабилизированные источники. У таких устройств от нагрузки могут не зависеть напряжение, ток или и то, и другое. Источники со стабилизированным напряжением используются, например, в качестве БП для компьютеров и серверов, или для заряжания кислотно-свинцовых аккумуляторов. Стабилизированный ток подойдет для зарядных устройств для других типов АКБ.
- Регулируемые источники. У них уровень выходного напряжения и тока можно выставлять в определенных пределах в зависимости от потребности. Такие устройства используются в качестве лабораторных источников питания.
Описать все области использования импульсников невозможно. Они применяются там, где надо получить большой ток от легкого и компактного источника.
Также можно разделить ИИП по схемотехнике:
- с импульсным трансформатором;
- с накопительной индуктивностью.
В схемотехнику можно углубляться и дальше и классифицировать БП по другим критериям, но это принципиального значения не имеет.
Структурная схема и описание работы основных узлов ИБП
Структурная схема импульсника сложнее, чем у трансформаторного источника. Для понимания принципа работы импульсного блока питания в целом, надо разобрать функционирование каждого узла в отдельности.
Плавкий 5-амперный предохранитель перегорает при превышении номинального тока при аварийной ситуации в БП. Для защиты от повышения напряжения предусмотрен варистор V1. В штатном режиме он не влияет на работу устройства. При скачке в сети от открывается, его сопротивление резко увеличивается, ток через варистор возрастает. Это вызывает перегорание предохранителя.
Терморезистор с отрицательным коэффициентом сопротивления THR1 сначала имеет большое сопротивление и ограничивает ток, идущий на зарядку конденсаторов фильтра высоковольтного выпрямителя. Потом термистор прогревается проходящим через него током, его сопротивление падает, но к тому моменту емкости уже будут заряжены. Конденсаторы CX1, C11, C12, CY3 и синфазный дроссель FL1 защищают сеть от синфазных и дифференциальных помех.
Высоковольтный выпрямитель и фильтр
Высоковольтный выпрямитель обычно строится по традиционной мостовой двухполупериодной схеме и особенностей не имеет. Если в преобразователе применяется полумостовая схема, то фильтр выполняется из двух емкостей, включенных последовательно – так формируется средняя точка с напряжением, равным половине питания.
Иногда параллельно конденсаторам ставят резисторы. Они нужны для разряда емкостей после выключения питания.
Инвертор
Преобразование постоянного напряжения в импульсное происходит с помощью инвертора на полупроводниковых ключах (часто на транзисторах). Открываясь и закрываясь, ключи подают в обмотку импульсы напряжения. Таким методом получается своеобразное переменное напряжение (однополярное), которое может быть трансформировано в напряжение другого уровня обычным способом.
Самая простая схема преобразователя постоянного напряжения в импульсное – однотактная. Для ее реализации нужен минимум элементов. Недостаток такого узла – при росте мощности резко растут габариты и масса трансформатора. Связано это с принципом действия такого преобразователя. Он работает в два цикла – во время первого транзистор открыт, энергия запасается в индуктивности первичной обмотки. Во время второго запасенная энергия отдается в нагрузку. Чем больше мощность, тем больше должна быть индуктивность, тем больше должно быть витков в первичной обмотке (соответственно, увеличивается количество витков во вторичных обмотках).
От этого недостатка свободна двухтактная схема со средней точкой (пушпульная). Первичная обмотка трансформатора разделена на две секции, которые через ключи поочередно подключаются к минусовой шине. На рисунке красной стрелкой показано направление тока для одного цикла, а красной – для другого. Минусом является необходимость иметь удвоенное количество витков в первичке, а также наличие выбросов в момент коммутации. Их амплитуда может достигать двойного значения от напряжения питания, поэтому надо применять транзисторы с соответствующими параметрами. Сфера применения такой схемы – низковольтные преобразователи.
Выбросы отсутствуют, если инвертор выполнен по мостовой схеме. Из четырех транзисторов составлен мост, в диагональ которого включена первичная обмотка трансформатора. Транзисторы открываются попарно:
- первый цикл – верхний левый и нижний правый;
- второй цикл – нижний левый и верхний правый.
Обмотка подключается к плюсу питания то одним выводом, то другим. Минусом является применение 4 транзисторов вместо двух.
Компромиссным вариантом считается применение полумостовой схемы. Здесь коммутируется один конец первичной обмотки, а второй подключен к делителю из двух емкостей. В этой схеме также отсутствуют выбросы напряжения, но применено всего два транзистора. Недостаток такого решения – к первичной обмотке прикладывается только половина питающего напряжения. Вторая проблема – при создании мощных источников емкость конденсаторов делителя растет, и их стоимость становится нецелесообразной.
Если ИИП построен по схеме с регулировкой параметров методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то в большинстве случаев ключи приводятся в действие не напрямую от микросхемы ШИМ, а через промежуточный узел – драйвер. Связано это с повышенными требованиями к прямоугольности управляющих сигналов.
В схемах всех преобразователей используются как полевые, так и биполярные транзисторы, а также IGBT, сочетающие свойства обоих типов.
Выпрямитель
Трансформированное во вторичные обмотки напряжение надо выпрямить. Если требуется выходное напряжение выше +12 вольт, можно применять обычные мостовые схемы (как и в высоковольтной части).
Если напряжение низкое, то выгодно применять двухполупериодные схемы со средней точкой. Их преимущество в том, что падение напряжение происходит только на одном диоде для каждого полупериода. Это позволяет сократить количество витков в обмотке. Для этой же цели используют диоды Шоттки и сборки на них. Недостаток такого решения – более сложная конструкция вторичной обмотки.
Фильтр
Выпрямленное напряжение надо отфильтровать. Для этой цели применяются как традиционные емкости, так и индуктивности. Для используемых частот преобразования дроссели получаются небольшими, легкими, но работают эффективно.
Цепи обратной связи
Цепи обратной связи служат для стабилизации и регулировки выходного напряжения, а также для ограничения тока. Если источник нестабилизированный, у него эти цепи отсутствуют. У устройств со стабилизацией тока или напряжения эти цепи выполняются на постоянных элементах (иногда с возможностью подстройки). У регулируемых источников (лабораторных и т.п.) в обратную связь включены органы управления для оперативной регулировки параметров.
У компьютерного БП дополнительно имеется схема управления и формирования служебных сигналов (Power_good, Stand By и т.д.).
Как устроен ШИМ контроллер
В стабилизированных и регулируемых источниках питания напряжение на выходе поддерживается методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Суть метода в том, что первичная обмотка питается импульсами неизменной амплитуды и частоты. Для регулировки напряжения в зависимости от нагрузки или выбранного уровня изменяется ширина импульса. Трансформированные во вторичную обмотку импульсы затем выпрямляются и усредняются на выходном конденсаторе фильтра. Чем больше ширина импульса, тем выше усредненное напряжение. Если в результате увеличения тока нагрузки напряжение на выходе просело, ШИМ-контроллер сравнивает выходное напряжение с заданным и дает команду увеличить ширину импульсов. Если напряжение увеличилось, ширина импульсов уменьшается. Среднее напряжение также уменьшается.
Культовой микросхемой для построения импульсных источников считается TL494. На ее примере можно разобрать принцип действия
шим контроллера блока питания.
Назначение выводов микросхемы указано в таблице.
| Назначение | Обозначение | Номер вывода | Номер вывода | Обозначение | Назначение | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Прямой вход усилителя ошибки 1 | IN1 | 1 | 16 | IN2 | Прямой вход усилителя ошибки 1 | |
| Инверсный вход усилителя ошибки 1 | IN1 | 2 | 15 | IN2 | Инверсный вход усилителя ошибки 1 | |
| Выход обратной связи | FB | 3 | 14 | Vref | Выход опорного напряжения | |
| Управление временем задержки | DTC | 4 | 13 | ОТС | Выбор режима работы | |
| Частотозадающий конденсатор | C | 5 | 12 | VCC | Напряжение питания | |
| Частотозадающий резистор | R | 6 | 11 | С2 | Коллектор 2-го транзистора | |
| Общий провод | GND | 7 | 10 | E1 | Эмиттер 1-го транзистора | |
| Коллектор 1-го транзистора | C1 | 8 | 9 | E2 | Эмиттер 2 -го транзистора | |
Частоту генератора задают элементы, подключаемые к выводам 5 и 6. Напряжением на выводе 4 ограничивают ширину выходного импульса. Это необходимо для исключения «перехлеста» открытия транзисторов чтобы избежать ситуации, когда оба ключа оказываются открыты. Через этот вывод также можно организовать мягкий пуск БП. Вывод 13 служит для перевода микросхемы в однотактный режим. Если его подключить к общему проводу, импульсы на выводах обоих ключей станут одинаковыми. На выводе 14 постоянно присутствует образцовое напряжение, равное +5 вольтам. Оно может быть использовано в любых схемотехнических целях.
Выводы 1 и 2 служат прямым и инверсным выводами усилителя ошибки. Если напряжение на выводе 1 превышает напряжение на 2 ноге, то ширина выходных импульсов будет уменьшаться пропорционально разнице на этих выводах. Если напряжение на 2 выводе выше, чем на 1, то на выходе импульсы будут отсутствовать. Также работает второй усилитель ошибки (выводы 16 и 15). Выходы обоих усилителей соединены по схеме ИЛИ и подключены к ноге 3. Первый усилитель обычно используют для регулирования напряжения, второй – для регулирования тока.
В качестве примера можно рассмотреть схему лабораторного источника на данной микросхеме. Здесь применены практически все технические решения, описанные выше. Регулируемая обратная связь, выполненная на операционных усилителях OP1..OP4, позволяет настраивать уровень выходного напряжения и ограничивать ток. Для создания импульсного напряжения используется полумостовой инвертор на биполярных транзисторах, подключенных к микросхеме посредством драйвера.
Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.
Также при создании ИИП применяются и другие микросхемы-регуляторы ШИМ. Они могут отличаться от TL494 по функционалу и назначению выводов, но в них используются те же принципы. Разобраться в их работе не составит труда.
Читайте также: