Pomoshnichkov.ru
Основные функциональные узлы источников питания АТ/АТХ
Структурная схема источника питания формата АТ.
Структурная схема источника питания формата АТХ
Источник питания формата АТХ отличается наличием:
- Вспомогательного преобразователя;
- Выпрямителя источника дежурного режима +5В_SB;
- Дополнительного источника +3,3В;
- Устройств управления дистанционным включением блока питания по сигналу PS_ON, управляющим работой ШИМ-контроллера.
Сетевой фильтр служит для предотвращения проникновения в электрическую сеть импульсных помех, создаваемых источником питания, на его входе включается, как правило, заградительный фильтр (следует отметить, что некоторые производители, очевидно в целях экономии, пренебрегают установкой некоторых элементов этого фильтра).
Низкочастотный выпрямитель выполнен по мостовой схеме на высоковольтных диодах D1…D4 или на диодном выпрямительном мосту. Выпрямленное напряжение порядка 310В.
Преобразователь преобразует постоянное напряжение 310 в импульсное с частотой 10-ки кГц. На вход ключевых транзисторов полумостового преобразователя поступают модулированные по длительности последовательности входных импульсов. Эти импульсы формируются ШИМ-контроллером, выполненном на микросхеме TL494 или аналогичной.
Каскад управления управляет транзисторами полумостового преобразователя. Кроме этой функции схема управления осуществляет согласование и гальваническую развязку мощных силовых каскадов от маломощных цепей управления.
С Импульсного трансформатора пониженное напряжение поступает на Выходной выпрямитель. Выпрямитель каждого канала выполнен по двухполупериодной схеме выпрямления.
Формирователь сигнала питание в норме формирует задержанный на 0,1…0,5 с сигнал Power Good, который предназначен для начальной установки системной платы.
Узел защиты и контроля проявляется в критических режимах работы, а также в тех случаях, когда действие обратной связи может привести к предельным режимам работы элементов схемы, предупреждая тем самым выход из стоя силовых и дорогостоящих элементов схемы. К ним относятся транзисторы полумостового преобразователя и выходные выпрямители.
Вспомогательный преобразователь с выпрямителем формируют напряжение +5B_SB в выключенном состоянии системного модуля, в течение всего времени замкнутого состояния сетевого выключателя блока питания.
Принципиальная схема полумостового преобразователя
В источниках питания системных модулей высокочастотный преобразователь выполнен по схеме двухтактного преобразователя напряжения полумостового типа, принципиальная схема которого приведена на рис. 4.4. Активными элементами схемы являются транзисторные ключи Q1, Q2 с обратно включенными диодами D1, D2. С помощью конденсаторов С1, С2 на схеме изображены емкости переходов коллектор-эмиттер транзисторов, диодов монтажа, трансформатора Т1 и др., а из конденсаторов С4, С5 образован делитель напряжения первичного источника Епит . Элементы D3, D4, Lф, Сф образуют выходной выпрямитель.
Форма напряжений в коллекторе Q2 (эмиттере Q1) определяется процессами накопления энергии в первичной обмотке трансформатора Т1, индуктивности рассеяния Ls и заряда (разряда) конденсаторов C1, C2. Если открыт транзистор Q1, происходит разряд конденсатора С1 через открытый переход к-э транзистора Q1 и заряд конденсатора С2, обуславливающий выброс напряжения в коллекторе Q2 совместно с действием индуктивности Ls. В случае открытого транзистора Q2 происходит разряд конденсатора С2 и заряд С1, при этом в эмиттере Q1 имеется выброс напряжения, обусловленный зарядом этого конденсатора. На временных диаграммах (рис. 4.5) наблюдается нарастание тока заряда конденсаторов С1 (С2), объясняющееся нарастанием тока намагничивания Т1. Конденсаторы С4, С5 в этой схеме являются реактивными эквивалентами транзисторов мостовой схемы и замыкают цепь протекания тока через первичную обмотку Т1.1.
Одним из широкоиспользуемых на практике способов переключения сетевого питания на пониженное напряжение с сохранением величины выходного напряжения является соединение точки В с одним из входов сетевого выпрямителя. При этом сравнительно просто образуется схема удвоения напряжения питания. Для формирования емкостного фильтра на выходе сетевого выпрямителя емкости конденсаторов С5, С4 выбираются достаточно большими.
Рис.4.4. Принципиальная схема двухтактного полумостового преобразователя напряжения.
Последовательно с первичной обмоткой трансформатора T1.1 включена индуктивность Ls, представляющая индуктивность рассеяния T1. Для исключения возможности несимметричного подмагничивания трансформатора T1, что может иметь место при переходных процессах в преобразователе, применяется разделительный конденсатор СЗ, емкость которого значительно меньше конденсаторов С5, С4.
Временные диаграммы напряжений и токов
Транзисторные ключи Q1, Q2 противофазно открываются и закрываются сигналами U1 и U2(см. рис. 4.5), момент времени t0-t2 соответствует открытому состоянию транзистора Q1, a t4-t5 — транзистора Q2. При этом первичная обмотка трансформатора T1.1 оказывается подключенной к выходу емкостного делителя напряжения С4, С5, вследствие этого напряжение на запертых транзисторах не превышает значения Епит/2.
Однако, в некоторые моменты времени (пуск, переключение, коммутация нагрузки и др.) напряжение на транзисторах в закрытом состоянии может превысить это значение. Так, при закрывании транзистора Q1
Рис. 4.5. Временные диаграммы работы двухтактного плумостового преобразователя напряжения
(Момент времени t2) на интервале t2-t3 на его коллекторе происходит нарастание напряжения, время нарастания определяется временем заряда конденсатора С2 и разряда С1 под воздействием тока обмотки трансформатора Т1.1. С одной стороны, это вызывает увеличение тока через транзистор Q2 в момент открывания, а с другой стороны, задерживает нарастание коллекторного напряжения относительно спада тока при запирании транзистора Q1. На интервале t2-t3 напряжение на коллекторе Q1 имеет характерный выброс до напряжения питания Епит, который обусловлен действием индуктивности рассеивания Ls. Демпфирование выброса может осуществляться RC-цепочками, однако, это снижает КПД устройства, поэтому в источниках питания малой мощности их не применяют. Нарастание тока IК1 на интервале t1 -t2, обусловлено нарастанием тока намагничивания трансформатора Т 1.1 и дросселя выходного фильтра.
В момент времени t4 сигнал управления U2 открывает транзистор Q2 и все процессы повторяются. Следовательно, после очередной коммутации транзисторов токи в первичной и вторичной обмотках трансформатора, уменьшаясь по значению, сохраняют свое первоначальное направление в течение некоторого интервала времени, так как после переключения транзисторов и смены полярности выходного напряжения ток в нагрузке скачком измениться не может. При этом реактивная энергия, накопленная в нагрузке и трансформаторе, возвращается в систему электроснабжения через открытый транзистор, оказывается при этом в инверсном режиме. Для обеспечения контура возврата этой энергии в схемы вводятся дополнительные возвратные диоды Dl, D2, подключаемые параллельно транзисторам. Необходимость применения этих диодов определяется значением коэффициента передачи силовых транзисторов в режиме их инверсного включения.
Учитывая, что параметры транзисторов в инверсном включении обычно не оговариваются, упомянутые диоды обычно включаются независимо от типа применяемых транзисторов.
Двухтактным схемам свойственно явление «сквозных токов», причиной которого является инерционность перехода транзистора из включенного состояния в выключенное из-за конечного времени рассасывания избыточных неосновных носителей. Так как время включения транзистора значительно меньше его выключения, то при управлении выходным силовым каскадом прямоугольным импульсным напряжением без паузы существует время, в течение которого открыты транзисторы обоих плеч преобразователя. Это приводит к значительному росту тока через транзисторы. Способом борьбы со сквозными токами является создание фиксированной задержки открывающего сигнала по отношению к закрывающему.