Помоги проекту - поделись книгой:
Алгоритм поиска неисправности:
1. Если в результате проверок предыдущих пунктов обнаружено отсутствие импульса начального питания микросхемы IC1, необходимо проверить исправность элементов в базовых цепях силовых транзисторов. Отсутствие положительного смещения в базовых цепях Q5 и Q6 приведет к нарушению условий генерации начального импульса питания и к невозможности запуска.
2. Проверку проводить при отключенном напряжении питания.
Возможная причина: выход из строя резисторов в делителе на R7 и R8.
Алгоритм поиска неисправности:
1. Если неисправен резистор R7, то вывод IC 1/1 постоянно подключен к общему проводу через R8. На входах усилителя ошибки DA3 (схема на рис. 1.5) постоянно будет присутствовать сигнал рассогласования, заставляющий ШИМ-преобразователь увеличивать длительность импульсов управления силовыми транзисторами. В результате напряжения во вторичных каналах будут чрезмерно возрастать, и включится защита по каналу +12 В. Либо от датчика на трансформаторе ТЗ на микросхему IC1 поступит сигнал, свидетельствующий о слишком большой длительности импульсов управления, что также вызовет блокировку ШИМ-преобразователя.
2. Отказ резистора R8 приведет к тому, что во вторичных каналах уровни напряжений не будут повышаться до номинальных значений. Сопротивления резисторов в плечах делителей на R7, R8 и R9, RIO должны быть примерно одинаковы. Проверьте правильность соединений этих резисторов и их номиналы.
3. Неисправные резисторы несложно выявить на плате даже визуальным осмотром.
В этом разделе рассмотрим сложные неисправности источников питания ПК, связанные с выходом из строя внутренних узлов.
Возможная причина: нарушение электрических связей в канале защиты от перегрузки на Q1.
Алгоритм поиска неисправности:
1. Такой эффект может возникнуть при КЗ в канале -5 В, если неисправен диод D2 или он не подсоединен к выходу этого канала. Проверьте исправность диода и корректность его подключения в электрической цепи.
Возможная причина: нарушение работы узла формирования сигнала «питание в норме».
Алгоритм поиска неисправности:
1. Каскад на транзисторе Q7 вырабатывает сигнал высокого логического уровня с задержкой относительно времени установления вторичных напряжений. При включении источника питания и появлении вторичного напряжения +5 В на базе Q7 возникает положительный импульс, открывающий транзистор. На его коллекторе устанавливается напряжение, близкое к потенциалу общего провода. Постепенно положительный заряд на отрицательной обкладке конденсатора С22 спадает, и транзистор Q7 закрывается. На коллекторе появляется напряжение, уровень которого равен значению, установившемуся во вторичном канале +5 В. В отсутствие этого сигнала не произойдет инициализации логики компьютерной системы.
2. Для того чтобы идентифицировать неисправность в каскаде формирования сигнала «питание в норме», при включении источника проследите срабатывание элементов, подключенных к транзистору Q7, и самого транзистора. Отказавший элемент замените.
Возможная причина: отказ одного из диодов выпрямителя или отсутствие у него электрической связи со вторичной обмоткой
Алгоритм поиска неисправности:
1. Если произошел отказ выпрямительного диода, то в контролируемый канал будет поступать энергии в два раза меньше номинального уровня.
2. Проверьте электрические соединения выпрямительных диодов и их исправность. В случае отказа замените на аналогичные по параметрам.
Глава 2
Современные возможности конструирования и схемотехники ИИП
Каждое электронное устройство оснащено источником электропитания. Специфика исполнения источника и его технические параметры определяются общесистемными требованиями к устройству в целом и условиями его эксплуатации. В общем случае источники вторичного электропитания — это преобразователи первичной энергии в энергию, пригодную для работы данного устройства, наделенного определенными пользовательскими функциями. Дополнительной, необходимой функцией источника электропитания является обеспечение гальванической развязки между источником первичного напряжения и нагрузочными цепями.
На рис. 2.1 представлена структурная схема импульсного источника питания, выполненного по традиционной схеме.
Рис. 2.1. Структурная схема импульсного источника питания, выполненного по традиционной схеме
Выпрямитель, фильтр и стабилизатор, имеющиеся во вторичной цепи данного источника питания, построены на основе узлов, встречающихся в обычных источниках электропитания. Названия этих узлов раскрывает их назначение и не нуждается в пояснении. Способ реализации стабилизатора (линейный или импульсный) в данном случае не так важен, по сравнению с его присутствием в качестве отдельного функционального узла.
Вторичная цепь электропитания в различных вариантах исполнения источника может быть дополнена еще одним фильтром, который устанавливается между стабилизатором и нагрузкой. Основными узлами первичной цепи являются: входной фильтр, выпрямитель сетевого напряжения и ВЧ-преобразователь выпрямленного питающего напряжения с трансформатором TV.
Необходимость использования входного фильтра обусловлена тем, что, во-первых, этот фильтр должен устранять резкие кратковременные скачки питающего напряжения и импульсные помехи, вызванные работой расположенных поблизости импульсных устройств (ВЧ-помехи).
Существенным недостатком схемы может быть и очень высокая чувствительность автогенераторов, совмещенных с силовым каскадом ИБП, к величине нагрузки. Ее изменение может привести к срыву ВЧ-колебаний и нестабильности работы источника питания подобного рода.
Структурная схема сетевого ИП, построенного с учетом оптимальных принципов регулирования выходного напряжения, представлена на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Структурная схема источника питания
Принципиальное отличие данной структурной схемы от предыдущей — в отсутствии стабилизатора вторичного напряжения.
Кроме того, в нее добавлены измерительная цепь, задающий генератор, схема управления, а также изменены функции каскада ВЧ-преобразователя.
Силовой каскад работает в режиме усилителя мощности колебаний, поступающих со схемы управления. Его нагрузкой является ВЧ-трансформатор. Здесь ВЧ-преобразователем можно назвать совокупность следующих узлов: задающий генератор, схема управления, ВЧ-усилитель мощности, ВЧ-трансформатор (TV). Источник, выполненный в соответствии со структурной схемой, приведенной на рис. 2.2, одновременно осуществляет две функции — преобразование и стабилизацию напряжения.
Схема управления включает в себя широтно-импульсный модулятор и полностью определяет режим работы УМ. Выходное напряжение схемы управления имеет форму прямоугольных импульсов. Изменение длительности паузы между этими импульсами регулирует поступление энергии во вторичную цепь. Исходные параметры для работы схемы управления — это сигналы ошибки, поступающие от измерительной цепи, в которой производится сравнение эталонного значения напряжения с реальным, присутствующим в данный момент на нагрузке.
По сигналу ошибки схема управления изменяет длительность паузы между импульсами в сторону ее увеличения или уменьшения, в зависимости от величины отклонения реального значения напряжения от номинального. В частности, в схему управления может входить узел защиты каскада УМ от перегрузки и короткого замыкания.
Наличие ШИМ-передаваемого напряжения предъявляет определенные требования к параметрам и построению сглаживающего фильтра выпрямленного вторичного напряжения. Первым элементом данного фильтра после выпрямителя должна быть катушка индуктивности в каждом канале вторичного напряжения.
На схеме, показанной на рис. 2.2, представлена структура одноканальной системы питания, реальные же источники имеют, как правило, несколько вторичных каналов с различной нагрузочной способностью. Измерительная цепь в таких случаях подключается к каналу с самым большим потреблением. Стабилизация остальных каналов производится с помощью отдельных стабилизаторов или методов регулирования, основанных на взаимодействии магнитных потоков. В других случаях применяются схемы выходных фильтров, выполненных на общем для всех выходных каналов магнитопроводе.
Подстройка напряжения по неосновным каналам может производиться в небольшом диапазоне и при относительно малых изменениях нагрузки. При описании практических схем реализации БП вопросы стабилизации вторичных напряжений одновременно по нескольким каналам будут рассмотрены более подробно.
Прежде чем перейти к обсуждению практических схем источников питания, рассмотрим несколько возможных вариантов построения отдельных функциональных узлов импульсных источников питания. Это позволит лучше понять, почему при проектировании реальных схем предпочтение отдается тому или иному схемотехническому решению.
2.1. Автогенераторные каскады ВЧ-преобразователей
Как видно из рисунков структурных схем ИБП (см. рис. 2.1 и 2.2), основным узлом, обязательно входящим в состав каждого подобного источника питания, является ВЧ-преобразователь. Его назначение состоит в формировании на обмотке трансформатора из выпрямленного напряжения первичной сети импульсного напряжения требуемой формы.
Вид получаемого импульсного напряжения определяется типом используемого трансформатора, с помощью которого происходит передача энергии в нагрузку и обеспечивается гальваническая развязка от источника первичного напряжения.
Группа элементов формирователя напряжения специальной формы вместе с трансформатором и составляют ВЧ-преобразователь.
Его параметры и надежность работы являются определяющим фактором функционирования источника при подаче напряжения питания «U» на элементы схемы.
Пример силового каскада, выполненного по автогенераторной схеме, представлен на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Электрическая схема силового каскада
Каскад выполнен на транзисторе по схеме релаксационного импульсного генератора. Схема содержит один трансформатор TV, на котором размещены все обмотки. Входное напряжение питания U поступает на коллектор транзистора VT через первичную обмотку W1 трансформатора TV. Сигнал обратной связи подается на базу транзистора VT с обмотки W3. Начало каждой обмотки обозначено точкой. Ко вторичной обмотке W2 последовательно подключены выпрямительный диод VD, конденсатор С и условная нагрузка RH.
Важной особенностью выполнения однотактных преобразователей является способ подключения выпрямительного диода во вторичной цепи. Способ подключения диода, согласно рис. 2.3, называется обратным, так как диод VD открывается при закрытом транзисторе VT и закрывается при открывании транзистора VT.
Работа всех ИБП основана на том же принципе преобразования энергии, а схемотехнические решения различаются способами подключения ВЧ-трансформаторов к активной части преобразователей и методами стабилизации выходного напряжения.
В книге рассмотрены преобразователи напряжения первичной сети 220 В, 50 Гц с номинальной мощностью до 1100 Вт, поэтому особое внимание при описании ВЧ-преобразователей уделено применению высоковольтных активных компонентов — транзисторов и диодов, — элементов для фильтрации выпрямленного напряжения, а также критериям их подбора для использования в импульсных источниках питания.
В современных ИБП применяются два основных типа ВЧ-преобразователей — одно— и двухтактные.
Оба типа используются как в схемах с автогенератором на силовых элементах (транзисторах), так и в схемах с внешним управлением. Во втором случае силовые активные элементы работают в режиме усилителей мощности.
Другим фактором, оказывающим большое влияние на работу преобразователя, являются инерционные свойства диодов, установленных в выпрямителе вторичной цепи. О вторичных цепях и их схемотехнике применительно к ИИП мы говорили в нескольких разделах первой главы.
Эти свойства характеризуются временем рассасывания избыточных носителей заряда и временем восстановления обратного сопротивления. У диодов, используемых в выпрямителях импульсных преобразователей, значения этих параметров должны иметь минимальную величину (порядка нескольких наносекунд).
Такими параметрами могут обладать высокочастотные или импульсные безынерционные диоды. В рабочем режиме диоды выпрямителя находятся в открытом состоянии попеременно. В момент переключения оба диода на некоторое время * ПРОПУСК текста*.
Величина емкости конденсатора сглаживающего фильтра обратно пропорциональна длительности фронта импульса
Следовательно, уменьшая эту величину при заданном уровне пульсаций, получим возможность применять конденсаторы меньшей емкости, снизить массу и габариты источника питания.
Одним из способов повышения эффективности этого параметра является применение в схеме автогенератора с насыщающимся трансформатором единого базового резистора
Вариант схемы автогенератора с таким резистором представлен на рис. 2.4.
2.2. Типовые схемы усилителей мощности в ИИП
Основные положения по структуре каскадов, схемам включения силовых активных и индуктивных элементов справедливы и для частных случаев их использования в качестве усилителей мощности, то есть основных узлов для преобразователей напряжения с внешним управлением.
Рис. 2.4. Вариант схемы автогенератора
В заключение рассмотрим схему полумостового усилителя, широко применяющегося в импульсных источниках питания мощностью до 800 Вт.
Упрощенная схема полумостового усилителя мощности представлена на рис. 2.5.
Рис. 2.5. Упрощенная схема полумостового усилителя мощности
На рис. 2.6 представлены два силовых транзистора VT1 иУТ2 и два конденсатора С1 и С2, образующих мостовую схему. Собственно, такую схему принято называть транзисторной.
В диагональ моста, между точкой соединения конденсаторов С1, С 2 и точкой соединения эмиттера VT1 и коллектора VT2, подключается первичная обмотка трансформатора TV. Действие схемы основано на поочередном открывании транзисторов VT1 и VT2, которые работают в ключевом режиме. Вывод первичной обмотки трансформатора TV, соединенный с транзисторами, попеременно подключается то к положительному полюсу первичного источника питания (VT1 открыт, VT2 закрыт), то к отрицательному полюсу (VT2 открыт, VT1 закрыт). В первом случае ток протекает через транзистор VT1 — обмотку трансформатора TV — конденсатор С2.
Во втором случае — через конденсатор С1 — обмотку трансформатора TV — транзистор VT2.
Таким образом, в каждом цикле работы преобразователя через первичную обмотку трансформатора TV протекает ток — как в прямом, так и обратном направлениях.
При одинаковых временных интервалах открывания каждого из транзисторов и равенстве емкостей конденсаторов С1 и С2 в точке их соединения устанавливается напряжение, равное половине напряжения питания.
Переменное напряжение на первичной обмотке TV представляет собой импульсы прямоугольной формы.
Таким образом, амплитудное значение импульсного тока, протекающего через транзисторы VT1 и VT2, сопоставимо с аналогичным параметром для однотактного преобразователя.
Последовательность открывания транзисторов устанавливается внешней схемой управления, примером которой служит ШИМ-регулятор.
Электрическая схема, показанная на рис. 2.5, предполагает питание постоянным или выпрямленным и отфильтрованным напряжением.
В качестве конденсаторов для С1 и С2 необходимо применять лакопленочные или бумажные конденсаторы, рассчитанные на применение в диапазоне частот работы высокочастотного преобразователя, при значительном напряжении пульсаций на них.
Симметрирование работы силовых транзисторов благоприятно отражается на их тепловом режиме. Максимальное напряжение коллектор-эмиттер каждого из транзисторов в схеме полумостового усилителя равно напряжению питания.
Представленная в настоящем разделе схема имеет ряд неоспоримых достоинств.
Основным считается способ включения трансформатора TV в силовую цепь, при котором исключается насыщение его сердечника вследствие разбросов по длительности и амплитуде воздействующих на него импульсов разной полярности.
Используя схему внешнего управления, можно исключить протекание сквозных токов через транзисторы. Активные элементы, применяемые в полумостовом усилителе, могут иметь низкие предельные параметры.
2.3. Схемотехника ИИП с несколькими выходными напряжениями для разной токовой нагрузки
Современные источники питания, применяемые в широком спектре пользовательских задач, имеют функцию дистанционного включения, независимый канал питания элементов дежурного режима с номиналом +5 В. Однако многофункциональные ИИП, к которым можно отнести блоки питания персональных компьютеров различного форм-фактора и назначения, имеют и несколько дополнительных каналов, обеспечивающих выходные напряжения положительной и даже отрицательной полярности.
Поделиться книгой: