Text
                    Если вы хотите досконально изучить устройство и принцип работы
современных источников питания ПК и периферии,
эта книга ваш лучший выбор!
-> Д. П. Кучеров,
А. А. Куприянов
СОВРЕМЕННЫЕ
Источники питания ПК
и периферии
Полное руководство
•	»• Источники питания системных блоков и мониторов
” *• Устройство, схемы, работа, обслуживание, ремонт, модернизация
•	•• Программное управление питанием
ПОЛНОЕ
РУКОВОДСТВО

Ф. № 10 KMtpOlll'NMfl Л NCIufc* СрОКОВ bOlripuTM kiHim дшиыш Омни моицмщина Н’’ 'П»и« ^«huhhi.i рок.» Ь'» |“Ч» < ••••• м|ч ihiavuiH v н*41|лч
Д. П. Кучеров, А А. Куприянов Современные Источники ПИТАНИЯ ПК и периферии Полное руководство (книга+CD) Наука и Техника Саик1 -Г|р|рр( iypi 200/
► учоровД. П., КуприяновА. А. < СОВРЕМЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ПК И ПЕРИФЕРИИ ПОЛНОЕ РУКОВОДСТВО (t CD) СПб.: Наука и Техника, 2007. — 352 с.: ил. < ерия «Полное руководство» Данная книга представляет собой великолепное издание, посвященное ( онременным источникам питания системных блоков ПК и мониторов. Технологии ис । очников питания являются одними из самых «закрытых». Так, на международных компьютерных выставках новейшие модели источников питания в отличие от остальных комплектующих ПК, даже запрещено фотографировать. Информация по источникам питания ПК является труднодоступной, и ее трудно найти. В этой же । нию вы найдете практически все, что нужно: стандарты, устройство и принципы работы современных источников питания ПК и мониторов, описание элементной базы, рассмотрение новейших технологий и тенденций, схемы, ремонт, обслуживание. Отдельные главы книги посвящены сетевым фильтрам, источникам бесперебойного питания, аккумуляторным батареям. Не оставлено без внимания программное управление электропитанием компьютера. Книга написана доступным языком, имеет ясную и четкую структуру, содержит множество полезных аналитических материалов и практических решений. На прилагаемом к книге CD размещено большое количество дополнительных схем, документация, полезные программы для контроля и анализа работы источников питания ПК. Контактные телефоны издательства: (812) 567 70 25, (812) 56 ? 70 26. (044) 516 38 6b 1 Официальный < аиг wwwnit com ru " Kyiopnii Д П КуприинонА А III I I Н Hill • (i |Н|| I1II.HI »• II . | ) 'ОН
Содержание ВВЕДЕНИЕ, ИЛИ КАКИЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ В СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРАХ И ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВАХ.....................11 ГЛАВА 1 . ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ СИСТЕМНЫХ БЛОКОВ......................13 1.1. СХЕМА ПОДАЧИ ПИТАНИЯ ..........................................14 Для стандарта АТХ....................................14 Для стандарта АТХ12V............................... 16 Для стандарта EPS 12V ...............................17 Для стандарта AMD-GES................................17 Для стандартов SFX12V, CFX12V, LFX12V, TFX12V........18 1.2. РАСШИРЕННАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ АТХ...................................18 1.3. ПЕРЕДОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ФОРМ-ФАКТОР ВТХ..........................19 1 4. ТРЕБОВАНИЯ К СИГНАЛАМ..........................................20 1.5. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК ДЛЯ БЛОКОВ СТАНДАРТА АТХ 12V........ 22 1.6. ОЦЕНКА ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ ИСТОЧНИКА ......................25 Общая методика оценки потребляемой мощности..........25 Приближенная оценка..................................26 I : КОНСТРУКЦИЯ БЛОКОВ ПИТАНИЯ....................................27 ГЛАВА 2 - ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ПК.29 I ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ .................................. 30 2.1.1. Структурная схема источника питания АТХ............. 30 2 1.2 Полумостовой высокочастотный преобразователь.. 1 Принципиальная схема.... 31 Особенности работы. ' ' ФУНКЦИОНАЛЬНЫ! Mil MJ Ml 1,1 'll кщиоп ф| II Ip
Ha сн.некие пходно1 с* филыра . .. 35 Функции филыра Защита < т помех на входе источника питания.... .36 1 иповая схема заградительного фильтра................36 2 2 2. Заземление........................................ 39 2 2.3 Низкочастотный выпрямитель...........................42 .4. Полумостовой преобразователь........................46 Особенности типовых схем преобразователей.............46 Принцип действия......................................49 2.2.5. ШИМ-контроллер (сердце источника питания) ..........51 Элементная база (микросхема TL 494)...................52 Принцип действия................................ 53 Прохождение сигналов управления.......................54 Исключение явления «сквозного» тока...................55 Режим «медленного пуска»..............................55 Усилитель ошибки.. 56 Выходной каскад..................................... 56 Защита транзисторов полумостового преобразователя.....56 Типовая схема включения...... 57 Варианты исполнения ШИМ-формирователей................59 «Медленный пуск» преобразователя...... 60 2 2.6. Схема управления ... ............................. 62 2.2 7. Формирователь сигнала Power Good....................63 2.2 8. Дистанционное включение питания.....................65 2 2.9. Узел защиты и контроля..............................65 2.2.10. Использование микросхемы КА3511 в качестве основы ШИМ-контрол л ера......................................... 70 Принцип действия.................................... 73 Прохождение сигналов управления . 74 Исключение явления «сквозного» тока.................. 74 Режим «медленного пуска» ........................... 74 Усилитель ошибки................................... 75 Выходной каскад.................................. 75 Защита транзисторов полумостового преобразователя.....75 Схема защиты................................... 75 Дистанционное включение питания.................... 77 Схема формирования сигнала Power Good.... . . ........77 4
СОД1 Г* АНИ । Типовая схема включения... Т1 2.2.11. Источник дежурного режима... 81 2.2.12. Обратноходовой преобразователь.....................84 2.2.13. Выходные выпрямители.......................... 90 Общая информация ................................ 90 Стабилизация выходных напряжений........ 91 ГЛАВА 3. СХЕМЫ И ДЕТАЛЬНОЕ РАССМОТРЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ СИСТЕМНЫХ БЛОКОВ ПК...............................................95 3.1. ПОКАЗАТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОВРЕМЕННОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ПК (ТИПА АТХ) НА ПРИМЕРЕ FSP145-60SP........................................... 96 3.1.1 Общая схема и описание............................. 96 Основные параметры............................ 97 Назначение и состав цепей............................97 Входные цепи...................... .................... 100 Источник питания режима «готовность» (Standby)..... 100 Преобразователь.................................. 100 ШИМ-контроллер и каскад управления.. 101 Цепи стабилизации и защиты .................. 101 Дистанционное управление преобразователем...........102 Формирователь сигнала «питание в норме».............102 Выходные выпрямители............................. 102 3.1.2. Типовые неисправности..............................103 Отсутствуют все выходные напряжения. 103 Отсутствует напряжение +5 B_SB.................. 103 Отсутствуют некоторые выходные напряжения...........103 Все выходные напряжения отличаются от номинальных величин........................................ ЮЗ Срабатывает защита по току....................... 103 Отсутствует сигнал «питание в норме». 103 3.2. ХАРАКТЕРНЫЕ ПРИМЕРЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ПКТИПА АТХ (СХЕМЫ, ОПИСАНИЕ, ОБЗОР) ....................................... 104 3.3. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ПОВЫШЕННОЙ МОЩНОСТИ СХЕМА БП ФИРМЫ MICROLAB НА КА7500В И LM339 МОЩНОСТЬЮ 400W....................................184 3.4. МАЛОМОЩНЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ (ДЛЯ УСТАНОВКИ В КОРПУСА MICRO-АТХ) .186 Основные параметры................................. 186 Входные цепи ..................................... 186
«'(‘ВРЕМЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ПК И III ГИФЕ» HII ШИМ-контроллери 11|и*(Н>|Ы|<(н н» ...188 Цепи стабилизации и мщнпи 189 Выходные выпрямители 191 Источник питания режим i ioi<>iih«i u i rmilby) 191 Дистанционное управление 11|и <и>|> । । . мим 191 ГЛАВА 4. ПЕРЕДОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ....... ... .............195 4.1. ИНТЕГРАЦИЯ ШИМ-КОНТРОЛЛЕРА И СИЛОВОГО КЛЮЧА А 1АМ *1 MIKIKU ДРУГОЕ.196 4.2. МИКРОСХЕМА TOP247Y, F..................................... 198 4.3. МИКРОСХЕМА ТОР266Р........................................ 200 ГЛАВА 5- ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПК С КОРРЕКЦИЕЙ коэффициента МОЩНОСТИ .................................................... 203 5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ............................... .... .........204 5.2. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ.................................... 204 5.3. ПРИНЦИП АКТИВНОЙ КОРРЕКЦИИ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ. .............207 5.4. КОРРЕКЦИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ В СИСТЕМНЫХ МОДУЛЯХ С ПОМОЩЬЮ МИКРОСХЕМЫ TDA16888 ...................................208 5.5. КОРРЕКТОР КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ.............................210 5.6. ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ...........................................215 ГЛАВА 6. РЕМОНТ БЛОКОВ ПИТАНИЯ...................................217 6.1. ОБЩИЕ МЕТОДИКИ И РЕКОМЕНДАЦИИ...............................218 6.2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЙ.................................221 6.3 РЕГУЛИРУЕМЫЙ СТАБИЛИЗАТОР TL431 .............................225 6.4. ПРОВЕРКА ЭЛЕМЕНТОВ..........................................226 Диоды...............................................226 Транзисторы.........................................226 Транзистор MOSFET...................................227 Оптопары............................. ... . 228 Конденсаторы.... 228 I<‘I)МИ< iopi I 228
Содержание ГЛАВА 7. ВЫБОР ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМНОГО БЛОКА ПК............229 ГЛАВА 8. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ МОНИТОРОВ...............................235 8.1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ЖК-МОНИТОРА........236 8.2. ИНВЕРТОР (ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ).....................................236 8.3. ИНВЕРТОР ТИПА PLCD2125207A ФИРМЫ ЕМАХ....................... 239 8.3.1. Описание принципиальной схемы.................... ... 241 8.3.2. Неисправности инвертора PLCD2125207A и порядок их устранения................................................ 242 Лампы подсветки не включаются....................... 242 Лампы включаются на короткое время (около 1 секунды) и тут же отключаются.................................. 243 Экран периодически мигает и яркость нестабильна.......244 Через некоторое время (от нескольких секунд до нескольких минут) изображение пропадает........................ 244 8.4. ИНВЕРТОР ТИПА DIVTL0144-D21 ФИРМЫ SAMPO .......................245 8.4.1. Описание принципиальной схемы.......................245 8.4.2. Неисправности инвертора DIVTL0144-D21 и методы их устранения....................................... ..........247 Лампы не светятся.....................................247 Лампы на короткое время включаются и гаснут...........248 Подсветка выключается через некоторое время (от нескольких секунд до нескольких минут) после включения монитора. 248 Яркость самопроизвольно изменяется во всем диапазоне или на отдельных режимах работы телевизора (монитора)........248 8.5. ИНВЕРТОР ФИРМЫ TDK.............................................249 8.5.1. Принципиальная схема и ее описание..................249 8.5.2. Неисправности инвертора и способы их устранения.....253 Лампы не включаются..................................253 Лампы подсветки вспыхивают на короткое время и тут же гаснут.............................................. 254 Инвертор самопроизвольно выключается через некоторое время (от нескольких секунд до нескольких минут)......254 Инвертор работает нестабильно, наблюдается мигание ламп подсветки..... ..............................254 II ’ ИНН1 Р1< И'•1*И1’МЫ SAMPO НА bA3L МИКРОСХЕМЫ TL1451 АС.........255
--------m Г-1 1НИ» И ПИ1- ГП г И II' I ' Гн 8 6 I Принципиальная схема и ее описание ....255 Ь 6.2. Неисправности инвертора и способы их устранения......257 Инвертор не включается, лампы не светятся..............257 Лампы загораются но тут же гаснут (в течение промежутка времени менее 1 с).............................. .... 258 Лампы самопроизвольно отключаются через некоторое время (от единиц секунд до минут)........................ 258 Экран периодически мигает и яркость подсветки экрана нестабильна.... ............ ....................... 258 ГЛАВА 9. АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ (ПРИМЕНИТЕЛЬНО к ноутбукам ИКПК).......................................................... 261 9 1 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО В КОНСЕРВАХ.......................................262 Основы ........................................... 262 Как и на что расходуется электричество в ноутбуке..... 263 Виды аккумуляторных батарей......................... 264 9.2. КОНТРОЛЬ ЗА СОСТОЯНИЕМ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ..................267 Контроль заряда.................................... 267 Контроль емкости.................................. 268 9.3. ПРАКТИЧЕСКИЕ СОВЕТЫ ПО УПРАВЛЕНИЮ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ..............269 ГЛАВА 10. СЕТЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ ........................................ 271 10 1. ВРЕДНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ПОМЕХ ...................................272 10.2. БАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ...........................274 10.3. УСТРОЙСТВО СЕТЕВОГО ФИЛЬТРА................................. 274 10.4 МОДЕЛИ СЕТЕВЫХ ФИЛЬТРОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ....................275 10.5. ЭЛЕМЕНТЫ СЕТЕВЫХ ФИЛЬТРОВ ....................................279 Варисторы......... 279 Классификация и характеристики варисторов .............280 Отечественные аналоги варисторов.......................281 Защита от высоковольтных всплесков ... 281 Подавление высокочастотных помех...................... 282 Подавление электромагнитных помех......................283 8
Сод I »♦* 'МИГ ГЛАВА 11 ИСТОЧНИКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ......................286 11.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. АРХИТЕКТУРЫ................. .............287 11.1.1. Источники бесперебойного питания типа Off-Line. ... 28 -’ Принцип работы. Общее описание архитектуры ........287 Основные недостатки ... .289 11.1.2. ИБП линейно-интерактивного типа ............... 289 11.1.3. Технология On-Line........................... 291 11.1.4. Новые модификации ИБП......... ... 292 11.2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИБП............... 295 Форма питающего напряжения...... 295 Мощность........................................ 295 Диапазон входных питающих напряжений . 296 Частота входного напряжения...................... 296 Коэффициент искажения формы выходного напряжения....296 Время переключения режимов...... 296 Допустимая нагрузка.............................. 297 Время автономной работы.... . 297 Крест-фактор. 297 Срок службы батарей... . . 297 Наличие холодного старта ... ... .. 297 Соединение ИБП с ПК. . . 297 11.2. ПРИМЕРЫ РАССМОТРЕНИЯ ИБП (СХЕМЫ, ПРИНЦИП РАБОТЫ И ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА)............................................ -298 ГЛАВА 1 2. УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ.......................... 321 12.1. ЧТО ЭТО ТАКОЕ И ЗАЧЕМ ОНО НУЖНО........................ 322 12.2. СТАНДАРТ ACPI И ЕГО ВОЗМОЖНОСТИ............................323 12.3. НАСТРОЙКА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПИТАНИЕМ.324 Управление электропитанием в Windows ХР........... 324 Управление электропитанием в Windows Vista..........326 12.4. РЕЖИМЫ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ.... . .................... 323 Спящий режим....................................... 328 Ждущий режим..... .330 Сравнительный анализ спящего и ждущего режимов......331 9
СОВРЕМЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ПК И ПЕРИФ1 ГИИ ПРИЛОЖЕНИЕ (СХЕМЫ, ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ и I II ) ........333 ТОР247 (однотактный ШИМ-кон! ролл<!| г i uiHiiiihiM MOSFET- транзисторм)......................................... - . 334 Назначение выводов ИМС ТОГ 1 ....336 ТОР266(однотактный ШИМ-контроллс р п< ip - мним MOSFET- транзисторм)............ 337 Назначение выводов ИМС ТОР/* < 338 FSDM311 (однотактный ШИМ-контроллер t п ip< . нннмМ ЕТ- транзисторм)..................................... 339 Назначение выводов ИМС FSDM311 340 SG6105 (двухтактный ШИМ-контроллер) . 341
Введение, или какие источники питания используются в современных компьютерах и периферийных устройствах Прежде чем начать разговор непосредственно о самих ИП, разберемся, для каких типов ПК данные источники предназначены. В настоящее время су- ществуют следующие форм-факторы системных блоков ПК: • ATX/Tower (MicroATX и FlexATX); • ВТХ (microBTX и picoBTX) В соответствии с этими стандартами должны подбираться материнская пла- та, корпус, БП. Все блоки питания имеют стандартные разъемы питания, соответствующие стандарту АТХ или, что на сегодняшний день более ак- туально - ATX12V. Этот стандарт определен документом ATX12V Power Supply Design Guide (PSDG)1. Итак, существуют следующие стандарты исполнения источников питания: • АТХ ver.x.x - устаревающей стандарт БП систем форм-фактора АТХ (150x140x86); • ATX12V ver. 1.x, 2.x - для современных базовых систем форм-фак- тора АТХ; (150x146x86); • SFX12V ver. 1.x, 2.x. 3.x - для систем форм-фактора MicroATX и FlexATX (125x100x50,125x100x63,150x101x86), • TFX12V ver. 1.x, 2.x - для низкопрофильных систем форм-фактора АТХ (smallATX) объемом 9-15литров (175x70x85); • CFX12V ver. 1.x - для базовой системы форм-фактора ВТХ объемом 10-15л; • LFX12V ver. 1.x - для систем форм-фактора picoBTX (6-9л), (210x62x72); • WTX12Vдля систем устаревшего форм-фактора, разработанного для рабочих станций; • EPS12V - стандарт для систем форм-фактора EPS, предназначенно- 1 о для системных плат серверов и двухпроцессорных систем; • AMD ( ES лля двухпроцессорных систем компании AMD I I и но । 1|*<*< \ hup wv\\\ foimfa< lotsoig developer specs alx ATX12X 1 3dg.pdf
.....IH‘4 " 1ЧН1Ф 1 НИ1ЛНРЧ ГК И III I И I I I и I l i to 01 mi i и 11. ч то основополагающим стандартом является ATX 12V, кото- pi.in iipiniic.i на смет ЛТ\ (который, в свою очередь, пришел на смену АТ). I ынное раз/шчие между ATX12V и АТХ заключается в выходных разъемах и и ином распределении нагрузки по шинам. 12
Глава 1 Блоки питания системных блоков
1.1. Схема подачи питания Для СТАНДАРТА АТХ Стандарт АТХ пришел на смену стандарту АТ в 1995 году При этом компа- нией Intel был определен формат на изготовление системных модулей АТХ (AT extensions). Внесение изменений предполагалось в системную плату и корпус, что, естественно, отразилось и на блоке питания. Конструктив- ные изменения коснулись прежде всего разъема системной платы - он стал единым 20-контактным, с ключом, не позволяющим неправильно вставить разъем в системную плату. Таблица 1.1. Разводка разъема питания системной платы формата АТХ Номер контакта Сигнал, В Цвет Номер контакта Сигнал, В Цвет 1 3.3В Оранжевый 11 3.3В Оранжевый 2 3.3В Оранжевый 12 -12В Синий 3 Общий Черный 13 Общий Черный 4 5В Красный 14 PSON Зеленый 5 Общий Черный 15 Общий Черный 6 5В Красный 16 Общий Черный 7 Общий Черный 17 Общий Черный 8 PWROK Серый 18 -5В Белый 9 5В SB Фиолетовый 19 5В Красный 10 12В Желтый 20 5В Красный 14
ГлАЛА 1 И' I Г1МИКИ 11И1ЛИИ»1 И( II МНЫ. | Ф)» II 11_____________□_______________20 1 10 Рис. 1.1. 20-контактный разъем системной платы согласно стандарту АТХ 1апная конструкция разъема сохранялась в этом стандарте до вер- (ии 2.1 (АТХ ver. 2.1), а также в стандарте ATX12V до версии 1.3 (АТХ 12V ver. 1.3). Более поздние версии начали комплектоваться 24-контактным разъемом, называемым Extended АТХ (ЕАТХ). Разница между 20- и 24-контактным разъемом в том, что в последнем добавлены 4 контакта расширения: +12V, +5V, +3,3V и GND. Остальные 20 контактов ио разводке идентичны друг другу. Встречаются исполнения БП, в которых контакты расширения выполнены отдельно, но в случае использования в платах с 24-контактным разъёмом подстыковываются к основной 20-кои- гактной вилке БII 1 12 □©□□□©□□□ООН 13 I-1 24 Рис. 1.2. 24-контактный разъем расширенного формата ЕАТХ Таблица 1.2. Разводка разъема питания системной платы формата ЕАТХ Номер контакта Сигнал В Цвет Номер контакта Сигнал, В Цвет 1 3.3В Оранжевый 13 3.3В Оранжевый 2 3.3В Оранжевый 14 -12В Синий 3 Общий Черный 15 Общий Черный 4 5В Красный 16 PS_ON Зеленый 5 Общий Черный 17 Общий Черный 6 5В Красный 18 Общий Черный 7 Общий Черный 19 Общий Черный 8 PWR ОК Серый 20 -5В Белый 9 5B.SB Фиолетовый 21 5В Красный 10 12В Желтый 22 5В Красный 11 12В Желтый 23 5В Красный 12 Азв Оранжевый 24 Общий Черный 1 •
ДНМ< ГАНДА РТА АТХ 1 2V ( о пргмгпгм процессоры начали потреблять такую Мощность, что питать их <)| ( 1<й)п шза торов <5В стало неприемлемо. Потребляемая мощность возрос- i<i (\)oi вегственно при неизменном напряжении 5В требуется увеличивать । ок, приходящийся на соответствующую шину питания. Это влечет за собой просадку напряжения на омическом сопротивлении проводников, их нагрев, «I в местах разъемного соединения - приводит к их обгоранию. Необходимо было обеспечить магистрали питания с очень малым собственным сопротив - лением (достигается за счет увеличения диаметров проводов, расширением площади печатных проводников на материнских платах и платах БП). Таким образом, было разумнее перейти на подачу увеличенного напряже- ния, чго и было сделано в рамках стандарта ATX12V. Подаваемое напряже- ние стало равно +12В. А чтобы не перегружать единственный существую- щий провод питающей шины, был введен дополнительный 4-контактный разъем, два контакта которого были задействованы под питание + 12В а два других - под «землю». Новый четырехкоитактный разъем получил название ATX12V, пли Р4 Ready. Для стандарта EPS12V (ля (Юсснсч(‘11ия необходимой мощности питания многоядерных процессо ров Intel и AMD, а также серверных процессоров Хеоп и Opteron использу- < н я широкий 8- контактный разъем EPS12V, который ино1 да также называ- IOI ATX12V. -,.1ица 1.4. Разводка разъема питания системной платы формата EPS12V 1 » шца 1 Номер мнпакта ruaouu Сигнал, В А.СТ .к-.-..» Цвет Номер контакта Сигнал, В Цвет 1 1 Общий Черный 5 +12В Желтый 2 Общий Черный 6 +12В Желтый —3— Общий Черный 7 +12В Желтый 4 Общий Черный 8 ] +12В Желтый I tc । речается также 6-контактный разъем типа AUX, появившийся в стан- щрто ATX12V ver.1.3. Разъем применялся для питания старых процессоров Intel. I лблица L5. Разводка разъема питания системной платы формата AUX --------------------------------,-------т------1 , 2 4 1 3 Рис. 1.3. Дополнительный 4-контактный разъем Номер контакда Сигнал, В Цвет Номер контакта Сигнал, В Цвет 1 Общий Черный 4 3.3В Оранжевый 2 Общий Черный 5 3.3В Оранжевый 3 Общий Черный 6 1 — 5В Красный L— 1 3 Таблица 1.3. Разводка разъема питания системной платы форчата ATX12V | Номер ! контакта Сигнал, В Цвет I Номер контакта < । Сигнал, В Цвет 1 L Общий Черный 13 +12В Желтый г 2 j Общий Черный 14 + 12В Желтый Данный разъем оказался как нельзя кстати. Малый размер разъема позво- лил расположить его непосредственно у стабилизатора питания процессора и чипсета материнской платы, благодаря чему уменьшился путь прохожде- ния широких печатных проводников шины питания. I [оказанный приём дат начало стандарту питания ATX12V ver.1.0, а разъем Р1 Ready стал основным разъемом питания процессоров Intel и AMD. 16 □ оо о оо 4 6 Рис. 1.4. 6-контактный разъем типа AUX стандарта AMD-GES <1»ормат АТХ-GES был разработан AMD для высокопроизводительных и ык|юрм на наборах логики AMD 760МР/760МРХ. В системах, снабжен- ных графическим акселератором AGP Pro, емкой дисковой подсистемой и । ре< звательными к питанию периферийными устпойгГЙняпт;:ЖОтЗЦпцс) обеспечить гарантированный подвод мощности и о1личие от стандартного 20-контактного АТ.
FAII-M PS _0N + 12VIo + 12V'o 12V *5V +5V 4 5V GNO GND *3.3V +3.3V OD DO DO DD DO DO DC OD OD DO Iba CtC PWR Ok GND GND GND 4-5V6b -+-5V GND GND 4-3.3V +3.3V +3 3V 8 RESERVE DO gnd rfDD GND 4dd 5 сад [IPO RESER vE + 12V^ *’.2V^ *12\^ Рис. 1.5. Система разъемов в рамках стандарта AMD-GES один 24-контактный и один 8-контактный Последний предназначен исклю- чительно для питания процессорного блока. Схему можно увидеть ниже (см. рис. 1.5).2 Спецификация AMD GES определяет интерфейс питания для двухпро- цессорных серверных материнских плат под Athlon МР, например, таких как Tyan Thunder К7Х (S2468GN, S2468UGN) и Thunder К7 (S2462UNG, S2462NG)3. Для стандартов SFX12V, CFX12V, LFX12V, TFX12V Эти стандарты диктуются конструктивными особенностями источников. В основном они предназначены для корпусов малых размеров и системных блоков с малым потреблением. Тем самым их отличительная черта - отсутс- твие блоков с мощностью более 300Вт. Проще говоря, блоки питания это- го стандарта являются урезанным вариантом стандарта ATX12V. Разводка электрических разъемов у всех стандартов полностью совпадает со стандар- том ATX12V. 1.2. Расширенная спецификация АТХ Расширенная спецификация блока питания АТХ предусматривает передачу информации от датчиков вентилятора на системную плату, которая контро- 2 www.entry.kiev.ua i www. I lard.n ebesa com n;
nipvei icMiiepaiypy воздух i и скоросн. вращения Для лих целей пре ilia ni.i'i.icTc i дополни ir/н.ный (необязательный) жгут с разьемом. (. ш 11.1л д.и чика скорости вентиля гора FanM блока питания вырабатывает за каж гый оборот ротора по два импульса. Изменением напряжения от + 12В до 0 на выводе FanC осуществляется уп- равление скоростью вентилятора. Нижний уровень напряжения (0...1 В) со- ответствует полной остановке двигателя При напряжении, большем 10.5В, щигатель вращается с максимальной скоростью Напряжение питания +6В < оогветствует половинной скорости вращения вентилятора. При неподклю- ченном разъеме вентилятор вращается с максимальной скоростью (ополнительный разъем также имеет контакты изолированного от схемной •смли источника напряжения 8...40В. Данные контакты в соответствии со < шпдартом обозначаются как 1394V(+) 1394R(-) и предназначены для пи гания устройств IEEE-1394 (FireWire). По цепи +3,3 В Sense имеется возможность дистанционного управления (от материнской платы) в зависи- мости от нагрузки стабилизатором напряжения +3,ЗВ. 4 6 О ОО □ ОО 1 3 Рис. 1.6. Дополнительный разъем Таблица 1.6. Разводка дополнительного разъема Номер контакта Сигнал, В Цвет Номер контакта Сигнал, В Цвет 1 FanM Белый 4 1394R Белый с синими полосками 2 FanC Белый с синими полосками 5 1394V Белый с синими полосками 3 3.3 В Sense Белый с синими полосками 6 Отсутствует 1.3. Передовые технологии. Форм-фактор ВТХ ( ыпдарт ВТХ существует в трех вариантах — собственно ВТХ, microBTX и picoBTX. Необходимость перехода к новому стандарту ВТХ (Balanced Technology (‘Mended), ранее известному под кодовым названием Big Water, вызва- 14
и.। прежде всего появлением новых шип (USB 2.0, SA I X (S\IA2), PCI 1 \piess), a laiOKC изменившимися 1ребованиями к энергопотреблению ПК ( । следовательно, и к теплоотводу) и к акустическим характерце гикам ПК Надо отметить, что форм-фактор ВТХ обратно совместим с АТХ, то есть плату с форм-фактором ВТХ можно будет устанавливать и в старый корпус стандарта АТХ, хотя обратное невозможно.4 Разъемы питания систем ВТХ и требования к стабильности напряжения вполне соответствуют стандарту ATX12V. Среди основных преимуществ нового форм-фактора можно назвать подде- ржку низкопрофильных устройств для создания компактных ПК, располо- жение компонентов платы с учетом обеспечения термобаланса, продуманный дизайн для максимально эффективного теплоотвода и оптимизированную структуру крепления плат. Из этого можно сделать вывод, что стандарт АТХ все-таки уступает стандарту ВТХ. Однако бытует мнение, что большое будущее этому стандарту все-таки не грозит. Дело в том, что все преимущества ВТХ исчезнут сами собой, если рост потребляемой мощности процессора остановится. Достижение более высокой производительности за счет увеличения тактовой частоты оказа- лось не панацеей. Пример тому — появление семейства процессоров Intel Core, в котором повышение производительности достигается не увеличени- ем тактовой частоты, а увеличением количества ядер и оптимизацией архи- тектуры процессора. В результате было достигнуто существенное повыше- ние производительности при меньшем потреблении мощности Примечание Аналогичные решения есть и в процессорах фирмы AMD 1.4. Требования к сигналам В соответствии со спецификацией на материнскую плату формата АТХ и ATX12V приняты следующие требования к сигналам: • Сигнал PS-ON в активном состоянии имеет уровень логического нуля, предназначен для включения выходных напряжений +З.ЗВ, +5В, -5В, +12В и -12В. В состоянии логической единицы или когда сигнал не активен, напряжение на выходе источников отсутствует. Если же сигнал PS-ON имеет нулевой потенциал или корпус, то на выходе появляются питающие напряжения требуемых значений. В режиме остановки высокий уровень сигнала поддерживается в зна- 4 www.Iib.kbsu.ru
f JIAi’A I H К ’ЧНИН1 НИ1АПИ I ( H( If Mill IX IJIOHUI •kmiiiii +5B нагрузочными резне горами, подключенными к выходу соогвеic11 ующею источника питания. • Сигнал +5BSB является напряжением дежурного режима, исполь- зуется цепями программного управления источником питания для поддержки их в работоспособном состоянии при выключенных ос- новных источниках питания. Эта линия должна обеспечивать на- грузку 2,5А. Максимальная нагрузка по этой линии допускается до 3,5А в течении 3 сек. • Сигнал PW-OK (на принципиальных схемах применяется обозна- чение P.G. или Power Good): наличие сигнала логической едини- цы свидетельствует о сформировавшихся выходных напряжениях +5B SB и +З.ЗВ, превысивших нижний пороговый уровень для данного источника питания. Если эти напряжения меньше нижнего порогового уровня, то сигнал PW-OK принимает значение логичес- кого нуля. Па рис. 1.7 показаны рекомендуемые к применению временные характерис- । пки сигнала PS-ON, сигнала +5B SB и сигнала PW-OK. Числовые значе- ния сигналов приводятся ниже: 100 мс < Tg < 500 мс; Т <10мс,Т >16мс;Т >1мс 4 5 6 Рис. 1.7. Рекомендуемые к применению временные характеристики сигналов 21
1.5. Распределение нагрузок для блоков стандарта АТХ12V. Как уже было сказано, суть перехода к новому стандарту (стандарту ATX12V) заключалась в изменении входного напряжения стабилизатора питания процессора. Кроме того, источники должны обеспечивать питание плат PCI Express, винчестеров Serial АТА и других устройств новых техно- логий. Иными словами, питание основных потребителей, таких как процес- сор и видеокарта, было переведено на шину +12В Из табл. 1.7 видно, что с каждой новой версией стандарта (на примере источ- ника мощностью 300Вт) нагрузочная способность линии + 12В увеличивает- ся, а линий +З.ЗВ и +5В - снижается. Таблица 1.7. Максимальное потребление в рамках разных стандартов АТХ Максимальное потребление Стандарт +3.3B, ампер +5B, ампер +12В, ампер +5BSB, ампер -5В, ампер -12В, ампер АТХ 20 30 12 1.5 0.3 0.8 АТХ 12V ver. 1.1 28 30 15 2.0 0.3 0.8 ATX12Vver.1.3 27 26 18 2.0 - 0.8 ATX12Vver.2.0 20 20 i 8+14 2.0 - 0.3 ATX12Vver.2.2 18 12 8+13 2.5 - 0.3 Из графы +12В видно, что, начиная со стандарта АТХ 12V ver.2.x, соответс- твующее напряжение разделено на две линии: линия +12VI соединена с разъемами питания АТХ и периферийных устройств a +12V2 - с разъемом Р4Ready. На самом деле эти шины в блоке питания организованы от одного внутреннего источника, а затем разделены с целью обеспечения цепей защи- ты на каждую линию. > Иногда источники старых версий выдают за новые, при этом разъем P4Re- ady может быть организован с помощью переходника от разъема питания винчестера. В любом случае величина тока по этой линии не должна быть меньше 10А и в этом неплохо убедиться при установке источника в сис- темный блок. Справедливо и обратное - современный источник формата ATX12V не сможет работать в устаревающих системах, например на плат- форме Socket А 11араметры выходных напряжений БП для стандарта ATX12V ver2.2 в зави- симости исполнения по мощности сведены в табл. 1.8. 22
ГЛАПА 1 И( ЮЧНИКИ 11И1АНИМ ' И( II Mill I I l.iuiiina 1.8. Параш тры выходных напря)н( ний НИ для стандарт a \l\l I vet 2.2 в зависимости от исполнения по мощности 0W +3 3V +5V +12V1 +12V2 Мин. Макс. Мин. Макс. Мин. Макс. Пик. Мин. Макс Пик 0,5 14 0.3 12 1 8 9 1 13 16,5 И low 0,5 18 0,3 12 1 8 9 1 13 16,5 OW _ 0,5 20 0,3 12 1 10 11 1 13 16,5 IO()W_ row 0,5 20 0,3 14 1 14 15 1 13 16,5 0,5 22 0,3 15 1 14 15 I , 1 11 16 19 -12V +5VSB Мин. Макс. Мин. Макс. Пик. • >ow 0 0,3 0 2,5 3,5 I00W 0 0,3 0 2,5 3,5 r.0W 0 0,3 0 2,5 3,5 400W 0 0,3 0 2,5 3,5 1 >0W_ 0 0,3 0 2,5 3,5 Пиковое потребление линии питания процессора по линии +12V2 может hi ! и'я не больше 10 мС с возможной просадкой напряжения до 11В. По ос- । л 1Ы1ЫМ линиям время действия пикового тока может достигать 17 секунд. । ю 11 ри этом не должно повторяться чаще одного раза в минуту. Пиковое пот |х ) icune может возникнуть, например, в момент запуска всей системы. 1< )И\ск по значениям выходных напряжений приведен в табл. 1.9 I иблица 1.9. Допуск по значениям выходных напряжений Выход Допуск Мин. Ном. Макс. ♦GL3V ±5% 3,14 В 3,3 В 3,47 В <-5V ±5% 4,75 В 5,0 В 5,25 В ♦ 12V1 ±5% 11,4В 12,0В 12,6В 12V2 ±5% 11,4В 12,0 В 12,6В 12V ±10% -10,8 В -12,0 В -13,2 В • 5VSB ±5% 4,75 В 5,1 В 5,25 В I моменты пикового потребления мощности изменение напряжения по ли- ни iM * 12V допускается до ±10%. 11 । рис. 1.8 приводятся диаграммы нагрузок, так называемые кросс-нагру- к ••iiii.it* характеристики (КНХ) блоков питания стандарта ATX12V ver2.2. 23
По (хи \ приводигея максима льпая нагрузка но шине |?В, распределей- Н.1И по линиям 12V1 и + 12V2, а по оси Y - суммарная naipyjKa но ши- нам 13,3В и +5В. Площадь внутри контура является областью допустимых значении. 1ак, для блока питания мощностью 300 Вт, нагруженного суммар- ной мощностью по шинам + 12V1 и +12V2 100 Вт, максимальная суммарная мощность по шинам +3,ЗВ и +5В должна быть обеспечена не менее 120 Вт Остальные 80 Вт распределяются по дополнительным выходам. Суммарная мощность по линиям +3,3 В и +5 В, Вт Суммарная мощность по линиям +3,3 В и +5 В, Вт Рис. 1.8. Кросс-нагрузочные характеристики (КНХ) блоков питания стандарта ATX12Vver2 2 .’4
ГЛАПА 1 И I* ННИ*И ПИ1АНИЯ • ИС II MIII.H I •/!('»( I Ямс. 1.8. Кросс-нагрузочные характеристики (КНХ) блоков питания стандарта АТХ 12V ver2.2 (продолжение) 1.6. Оценка потребляемой мощности источника ()|.ЩАЯ МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ При сборке компьютера под определенную конфигурацию или при воз- можпой модернизации очень важно оценить требуемую мощность источ- ника питания. Для того чтобы вычислить общую потребляемую мощность «к п’мпого модуля, необходимо определить потребляемую мощность всех но 1МОЖИЫХ потребителей. Потребляемая мощность отдельного устройства Л)
1 f 'll ' И Hill It И( I ПНИ» И lb I 41 •ill»' И H 1'1 ГИИ lei копире (глисте i произведением потребляемого юка пл пиi лютее напри жепие по формуле: Р = U х I или же по информации производителя Полная мощность является суммой потребляемых мощностей устройств. Примечание На прилагаемом к книге CD имеется удобная программка, позволяющая удобно вычислять требуемую мощность источника питания исходя из устанавливаемых в системном блоке устройств Приближенная оценка Как правило, производитель стремится указать максимальное значение пот- ребляемого тока по каждому из источников, и эти данные должны присутс- твовать на информационной наклейке или в паспорте на устройство. В не- которых случаях, когда такие данные отсутствуют, необходимо произвести грубую оценку потребляемой от источника мощности. Так, ориентировоч- ную оценку потребляемой мощности можно произвести по табл. 1.10 или же по максимальной нагрузке на слот. Таблица 1.10/ Энергопотребление основных компонентов5 Компонент Макс, энергопотребление (1 шт), Вт Основное потребление по линии: Athlon 1400 / Athlon ХР 3200+ 72/80 +5В или +12В Athlon 64 FX-55 / Athlon 64 X2 105/110 +12В Pentium 4 XE 3.73 / Pentium XE3.2 110/130 Ы2В 1 Модули памяти 5-10 (512Мб РС3200 2 5- 2.7В) +З.ЗВ или +5В или +12В Материнская плата 20-30 +З.ЗВ, +5В.+12В Г" I I Видеокарты 1 20-40 (бюджетные в/карты) AGP в/карты : +З.ЗВ, +5В, +12В (например, ATI серий 9700-9800); PCI Express в/карты: +12В 50-80 (в/карты среднего уровня) 90-120 (топовые в/карты) Карты расширения 5-10 +5В HDD 5-30 +5В,+12В CD/DVD 10-25 +5В,+12В FDD 5-7 +5В.+12В Модем 1-3 + 5 В Вентиляторы 1-5 +12В 5 www.overclockers.ru 6
Гллнл 1 И( IO III-V И 11И1ЛНИ»! ( И( II Mill I I /I )• I I i.iOji. 1.1 1 при вс к мы xap.iKicpnc i и км нагрузочной способности ОГДСЛЫ1ЫХ • ioiob и разьемов ll<i io сказать, что проведенный по этим таблицам рас и*। покаже! нриблнзи 1глы1ый результат, и он больше будет соответствовать пачсшно при одновременном задействовании всех компонентов, что реаль- но практически не происходит. I иблица 1.11. Характеристики нагрузочной способности отдельных слотов и разъемов Шина Источник Максимальная мощность нагрузки, Вт PC! 57 AGP 40 PCI Express 75 USB 4 FireWire 8 ' нс циалисты фирмы AMD при расчете требуемой мощности рекомендуют пи и. юваться следующей методикой: I Сначала нужно подсчитать мощность, которая потребляется про- цессором по линии (для новых процессоров это «+12В» для старых - «+5В»), идущей от источника питания до стабилизатора напряже- ния, установленного на материнской плате. Она, как правило, выше мощности, потребляемой самим процессором, примерно на 25%. Это те ватты, которые «теряются» на стабилизаторе в виде тепла. Разделив полученную мощность на напряжение линии питания, по- лучим ток, потребляемый по этой линии от источника. Ч Далее к рассчитанной мощности прибавить 80% от общей мощности, потребляемой всеми остальными компонентами. При этом надо сле- дить, чтобы потребляемые токи по отдельным линиям не превышали значений, указанных на этикетке источника. 1.7. Конструкция блоков питания h III выполнены в металлическом корпусе, габариты которого должны н и вс i с i вовать стандартам, которые прописаны в спецификации на кон- nn.iii БИ. Выходные разъёмы могут быть объединены в жгут или уста- I» и in.i па стенке корпуса БП, в случае если его конструкция является мо- • и поп Как оказывается, такая организация удобнее стандартной: можно । и 1юч«11 ь те провода, которые необходимы, тем исключая загромождение •1»пу( а и улучшая циркуляцию воздуха в нем. 27
I Olli I Ml Hlll.ll И( 1(>‘111ИКИ 11И1А11И»! I lb. И III I И-H I ИИ Рис. 1.9. Модульная конструкция блока питания Вентилятор чаще всего является необходимым элементом существующих БП, однако на рынке представлены экземпляры, которые успешно обходят- ся без него, используя пассивную систему охлаждения. Примером Является серия блоков Thermaltakesilent Pure Power FanLess. 28
Глава 2. Функциональные узлы и элементы источников питания ПК
2.1. Основные функциональные узлы Для понимания функционирования и структуры источника питания сис- темного модуля ниже приводится структурная схема типового источника АТХ и поясняется работа наиболее сложного узла структурной схемы — по- лумостового преобразователя. 2.1.1. Структурная схема источника питания АТХ Рассмотрим работу источника питания формата АТХ. В источнике питания формата АТХ (рис. 2.1) напряжение питания через сетевой выключатель, расположенный на корпусе источника, поступает на сетевой фильтр и низ- кочастотный выпрямитель. Далее выпрямленное напряжение величиной порядка 300В, полумостовым преобразователем преобразуется в импуль- сное. Развязка между первичной сетью и потребителями осуществляется импульсным трансформатором. Вторичные обмотки импульсного транс- форматора подключены к высокочастотным выпрямителям ±12 В и ±5 В, а также к соответствующим сглаживающим фильтрам. Сигнал Power Good (питание в норме), подаваемый на системную плату через 0,1...0,5 с после появления питающих напряжений +5В, выполняет начальную установку процессора. Выход из строя силовой части источни- ка предотвращается узлом защиты и контроля. При отсутствии аварийных режимов работы эти цепи формируют сигналы, разрешающие функциони- рование ШИМ-контроллера, который управляет полумостовым преоб- 30
Глапа? 4'VII* ЦИОН 11 HI II HI I ННМ1Н1ЫИ 1')‘111ИЬ()11 ПИ1АНИ I Рис. 2.1. Структурная схема источника питания формата АТХ Р । шпателем посредством схемы управления, выполняющей функции со- । к ующего каскада. В аварийных режимах работы осуществляется сброс in ihL/ia P.G (Power Good) I in кмыюсть открытого состояния ключей преобразователя определяет nr in ну напряжения выходных источников. Поддержание выходных на- ир 1/м‘пий на постоянном уровне в контроллере обеспечивается обратной • ни и.ю, при этом в качестве ошибки используется отклонение выходного •I nip i кения от источника +5В и +12В. 11• । очник дежурного режима формирует напряжение +5B SB в выключен- ним состоянии системного модуля. Устройство, как правило, представляет и и hi блокинг-генератор, функционирующий в автоколебательном режиме ь и чсние всего времени замкнутого состояния сетевого выключателя бло- • । пи i:uiия. В современных блоках питания функции источника дежурного |н । им i выполняет отдельный однотактный обратноходовой преобразова- на I lyBack) После выпрямителя сформированное напряжение +5B SB н» •• । упаст на питание устройства управления дистанционным включением •I д питания по сигналу PS ON, управляющего работой ШИМ-контрол- II |Н| ‘ » uni шзация напряжения +3,ЗВ производится за счет дополнительного । и»н и «затора +3,ЗВ. 2.1.2. Полумостовой высокочастотный преобразователь ‘ Il I’НЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА 1 in lo'iпиках питания системных модулей высокочастотный преобразова- и и iii.iiio, men по схеме двухтактного преобразователя напряжения полу- 31
Рис. 2.2. Принципиальная схема двухтактного преобразователя полумостового типа мостового типа [6], принципиальная схема которого приведена на рис. 2.2. Активными элементами схемы являются транзисторные ключи QI, Q2 с об- ратно включенными диодами DI, D2. С помощью конденсаторов Cl, 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. RC-цепочка. состоящая из резистора R1 и конденсатора С6, является де- мпфирующей. Элементы D3, D4, ЬФ, СФ образуют выходной выпрями- тель. Транзисторные ключи QI, Q2 противофазно открываются и закрываются сигналами U1 и U2 (см. рис. 2.3), момент времени t0-t2 соответствует откры- тому состоянию транзистора QI, a t4-t5 — транзистора Q2. При этом пер- вичная обмотка трансформатора Т1.1 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.) напря- жение на транзисторах в закрытом состоянии может превысить это значе- ние. Так, при закрывании транзистора Q1 (момент времени Ц) на интервале t2-t3 в точке А происходит нарастание напряжения, вызванное действием ЭДС- самоиндукции, стремящейся поддержать убывающий ток в первичной об- мотке трансформатора Т 1.1. Энергия этого импульса через диод D1 возвра- щается обратно в источник и рассеивается на конденсаторах С4, С5. При закрывании транзистора Q2 (момент времени t5) в точке А также происхо- дит нарастание напряжения, но уже отрицательного знака. В этом случае сброс энергии происходит через диод D2. 3 •
I ПАЙА / л III.I Ihl "1НИ >Л|М1111ЫИ( ГТ)ЧН4ТТ.1 I ПИ1 I r ( ) lllllM 113 llll!|)()K()ll( III) II JVCMblX и i практике способов переключе- ния сетевого питания на понижен- ное напряжение с сохранением не шчины выходного напряжения ми i яс гея соединение точки В с о нhim из входов сетевого выпря- ми геля. При этом сравнительно 11 рос го образуется схема удвоения -• тряжения питания. Для форми- рования емкостного фильтра на ci ходе сетевого выпрямителя ем- । о» । и конденсаторов С5, С4 выби- р 1Ю1СЯ достаточно большими. I । я исключения возможности пл им мстричного подмагничи- н hiия трансформатора Т1, что пикет иметь место при переход- ных процессах в преобразовате- н применяется разделительный । шденсатор СЗ, емкость которого шачительно меньше конденсато- роп С5, С4 Рис. 2.3. Временные диаграммы работы двухтактного полумостового преобразователя напряжения Особенности работы I к плески напряжения в точке А сопровождаются колебательными процес- • ими, так называемым «звоном», который вызывается паразитными LC-кон- ! рами, образованными индуктивностью рассеивания Ls трансформатора I 1 и ёмкостями Cl, С2 (надо отметить, что индуктивность рассеивания нс •и» ыегся обособленным элементом - это неотъемлемый параметр импуль- но| о трансформатора). колебания высокой частоты являются источниками помех, излучаемыми юком питания в эфирное пространство и в сеть питания К гому же они <ik 1021 33
уху iiibiio I работу самой схемы блока ни гаи и i, что bi ipa k.ich i i ii inxoii era билизацип выходных напряжений и наличии в них шумов. ( вссш < шон» к пулю практически невозможно. Однако возможно ею значительно умспь шить, что на этапе проектирования источника питания является сложной инженерной задачей, заключающейся в улучшении параметров трансфор- матора, разводке печатной платы и др. мероприятиях Одним из принятых приемов борьбы с колебаниями Является изменение резонансной частоты паразитного контура путем включения параллельно первичной обмогке трансформатора демпфирующей цепочки Rl, С6. В процессе работы блока питания могут изменяться параметры контуров и параметры защитных элементов. Это может привести к увеличению ампли- туды «звона» и дополни 1ельному разогреву транзисторов. Итог для БП рано или поздно может стать печальным. Трапецевидая форма тока через транзисторы (iR1, iK2), объясняется нараста- нием тока намагничивания первичной обмотки импульсного трансформатора. В момент открытия транзисторов (момент времени t0 для транзистора Q1 и момент времени t4 для Q2) через них возможно протекание большого им- пульса тока. Это объясняется паразитным эффектом диодов высокочастот- ного выпрямителя D4, D5. Эффект заключается в невозможности быстрого переключении диода из проводящего режима в режим отсечки при приложе- нии к диоду напряжения обратной полярности. В результате в начале каж- дого такта вторичная обмотка трансформатора Т1.2 оказывается замкнутой. Т. е. ток начинает протекать через открытый диод одного из плеч вторичной обмотки и сразу же замыкается через второй диод, который не успел ещё закрыться. Это вызывает бросок тока через вторичную обмотку Т1 2 и соот- ветственно через первичную - Т1.1. Уменьшить импульс или, возможно, полностью его убрать, если: • примени гь диоды с малым значением времени обратного восстанов- ления (диод Шоттки); • ввести паузу между закрытием одного транзистора и открытием дру- гою (t2-t4). Присутствие паузы в этой схеме (т.н. «мертвое» время (Deadtime)) необ- ходимо ещё по одной причине. 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 управ- лении выходным силовым каскадом прямоугольным импульсным напряже- нием без паузы существует время, в течение которого открыты транзисторы 34
(Н><>11\ II 1<‘Ч ll|><*( X >|>«1 ЮГ ЛИ II ho lipimo (11 I К 111.1ЧИ К1 1Ы1()Му pociy IOK.I Ч(‘ р< ipaii.niciopu. ( шмюбом борьбы со сквозными кжами является создание фиксированной за (ср кип открывающего сигнала но отношению к закрыв.! кинему. 2.2. Функциональные элементы 11 разделе рассматриваются примеры практической реализации элементов фуктурных схем источников питания, а также справочные данные основ- ных элементов схем и их аналогов. 2.2.1. Входной фильтр Назначение входного фильтра |. юк питания компьютера представляет собой серьезный источник помех । i i пятовой теле- и радиоаппаратуры [6, 7]. Причины помех: • переключательный режим полупроводниковых приборов; • наличие реактивных элементов, таких как индуктивность выводов элементов и емкость монтажа, которые приводят к возникновению паразитных автоколебаний. Пшенсивность помех существенно зависит ог быстродействия транзисто- ров и диодов силовой части, а также длины выводов элементов и емкости кв11ажа. Наличие помех оказывает неблагоприятное воздействие и на рабо- i V самого блока питания, проявляющуюся в ухудшении характеристик ста- (ш низании источника. При анализе схемотехники импульсных источников ши inия принято различать синфазную и дифференциальную составляю- щие помехи. • пифазное напряжение помехи измеряется относительно корпуса устройс- i на с каждым из полюсов шин питания источника. Дифференциальная со- • i и ыющая измеряется между полюсами шин питания (первичной, нагру- lu’iiioii), еще ее определяют как разность синфазных составляющих помехи ж (У шинами соответствующей цепи Наилучшим средством снижения ровня помех считается устранение их в местах возникновения, следова- м паю, место включения фильтра строго определено — на входе источника пи i шия. При разработке фильтров источников питания наибольшее внима- ние уделяют подавлению именно синфазной и дифференциальной состав нищих помех в сети.
функции филы pa. Защита от помех на входе источника питания ( цс п»1() предотвращения проникновения в электрическую сеть имнуль- ных помех, создаваемых источником питания, на его входе включается, как правило, заградительный фильтр (следует отметить, что некоторые произ- води гели. очевидно, в целях экономии пренебрегают установкой некоторых ) темен гов этого фильтра). Кроме подавления помех, фильтр как входной э гемент выполняет также защитную функцию в аварийных режимах экс- плуатации источника питания: защита по току, защита от перенапряжения. В некоторых схемах источников питания в состав фильтра включают нели- нейный элемент термистор, предназначенный для ограничения зарядного тока высоковольтного емкостного фильтра. В этом пункте рассмотрим толь- ко те меры, которые применяют для защиты от помех на входе источника питания. Значительного уменьшения влияния помех на функционирование располо- женной рядом аппаратуры добиваются размещением источника питания в металлическом корпусе, который является своеобразным экраном для их распространения через эфирное пространство. В стандартном подключе- нии корпус присоединен к контуру заземления через разъем питания. Для снижения уровней обеих составляющих (синфазной и дифференциальной) помехи, шины питания соединяют с корпусом блока через конденсаторы до- вольно большой емкости (десятые доли микрофарады). Обязательным условием для изготовления фильтров является наличие на его входе и выходе конденсаторов: тем самым обеспечивается емкостной характер входного и выходного сопротивлений фильтра. Такой подход спо- собствует ослаблению влияния подводящих линий или нагрузки на уровень действующих помех. Конденсаторы подключаются непосредственно к ли- нии и поэтому подвергаются тем же перенапряжениям и переходным про- цессам, которые происходят в линии, и в связи с этим существует опасность их повреждения. Типовая схема заградительного фильтра Типовая схема заградительного фильтра источника питания системного модуля (рис. 2.4) включает элементы, предназначенные для подавления синфазной и дифференциальной составляющих помехи. На входе филь- тра включен конденсатор С1. далее напряжение питания сети переменного тока подается на блок питания системного модуля через сетевой индуктив- но-емкостной фильтр Конденсатор С2 и дроссель L1 с соответствующим (встречным) включением обмоток снижают дифференциальную составля- ющую помехи Дроссель L2, конденсаторы СЗ...С5 подавляют обе составля- । )щие помехи. 36
I ЛАНА / 11' > I h 11И(’MAJII I Illi VII >1 И U I ’ЧИП Р1ГТП II1И» ' n IHI'UH'HIP Phi 2.4. Типовая схема заградительного фильтра источника питания системного модуля Itiuiiini по току осуществляется предохранителем F1, который ограничива- । юк нагрузки на уровне не более 1,25 номинального значения, а защита превышения напряжения в сети (перенапряжения) осуществляется ва- ри юром Z1. При повышении напряжения питающей сети выше некоторого 11 uiri (опротивление элемента Z1 резко уменьшается, вызывая срабатыва- ||и- пр( дохранителя. Характеристики наиболее распространенных варисто- р< н представлены в табл. 2.1. I нб пищ 2.1. Характеристики наиболее распространенных варисторов 1 t ..Uli || »|* »~ Квалификац. напряжение Макс доп. напря- жение Макс, имп. напр., при 1 = 50 А, В Макс, им- пульсн. ток (8/20 мс) 1 пачка имп., А Номи- нал, мощн Вт Энергия рас- сеив. варис- тором 10/1000 мс, Дж и 1мА, В Допуск, В -“ACrms, В = DCrms, В н | II 41К 240 216...264 150 200 395 4500 0,6 67 »i t)l) 41К 240 216...264 150 200 395 6500 1,0 134 1 71К 270 247...303 175 225 455 4500 0,6 79 270 247...303 175 225 455 6500 1 0 158 Н 141» Ю1К 300 270...330 195 250 505 4500 0,6 84 Н И01К 300 270...330 195 250 505 6500 1,0 168 ' I II) 1JIK 330 297...363 210 275 550 4500 0,6 92 330 297...363 210 275 550 6500 1,0 184 Н 141) 6IK 360 324...396 230 300 595 4500 0,6 104 1) IK 360 324...396 230 300 595 6500 1.0 208 И 1 И Г.р 390 351...429 250 320 650 4500 0,6 120 .»! 114 » I ||г 390 351...429 250 320 650 6500 1,0 240 • • 1 НИ IK 430 387...473 275 350 710 4500 0,6 132 • ' ‘ ' 1К 430 387...473 275 350 710 6500 1,0 364
Вкачен i всея раним шел я ny< ковок) iока i1 лк ке (ля и idBiioio.iap i ia кон irn сагоров емкое гн<яо фильтра высоковольтною выпрями геля могу i пспользо виться термисторы с отрицательным температурным коэффициентом. Ши рокос распространение в источниках питания системных модулей получили термисторы фирмы SILICON GENERAL (новое название - LINFINITY MICROELECTRONICS), их характеристики приведены в табл. 2.2 [8] Не которые характеристики термисторов, (рабочее напряжение Up б, мощность Рраб) можио оценить, пользуясь таблицами или по формулам: U = (2...3)R I ; раб 0 макс Р =(2...3)RI2 ; раб х 0 макс где. RQ — сопротивление термистора и его допуск при температуре +25°С, I — максимальный ток в рабочем режиме, макс 1 1 Иногда производитель использует фильтр, встроенный в корпус сетевого разъема (рис. 2.5). Рис. 2.5. Примеры встроенных сетевых фильтров Таблица 2.2. Характеристики термисторов фирмы SILICON GENERAL Тип Аналог R0, Ом 1макс, А Имин, Ом SG260 SG326 0,5±20% 30 0,01 SG415 SG327 0,7+25% 12 0,03 SG100 SG301 1+15% 20 0,015 SG405 SG328 1±25% 30 0,015 SG416 SG329 1,3±25% 8 0,05 SG110 SG302 2±15% 18 0,03 SG420 SG355 2±25% 23 0,025 SG120 SG303 2,5±15°о 3 0,15 SG130 SG304 2,5±15% 7 0,05 SG140 SG305 2,5±15% 9 0,04 38
I ПчКЛ / 4 ' lb Г < JH \ i • । S rll I И -IH'.ihi ihui И1И» । Hl iihuv*-1' ih Li6jiiina 2.2. X pm mm и nчишто/ию фирмы Sil К ON (il Nl RAI (щюдип л, itur) ___________________________________________ Тип SG150 Аналог SC306 R0, Ом 2,5±15% (макс, А 10 Rmhh, Ом 0,04 SG160 SG307 2,5±15% 15 0,03 SG170 SG308 4±15% 8 0,07 SG32 SG330 4±20% 14 0,05 SG180 SG309 5+15% 2 0,04 SG413 5±25% 2,8 0,25 SG190 SG310 5±15% 4 0,15 SG57 SG331 5±10% 6 0,1 SG200 SG311 5±15% 7 0,07 SG44 SG332 5±20% 8 0,05 SG26 SG333 5+15% 12 0,06 SG418 SG334 6+15% 5 0,15 SG210 SG312 7±15% 4 0,2 SG260 SG260 0,5±20% 30 0,01 SG85 SG335 7±25Ш 5 0,15 SG64 SG336 7±15% 10 0,08 SG13 SG337 10±15% 2 0,3 SG220 SG313 10±15% 3 0,2 SG42 SG338 10±15% 5 0,2 SG27 SG314 10±15% 6 0,15 SG40 SG72 10±20% 8 0,1 SG39 SG339 10±20% 4 0,22 2.2.2. Заземление Г. стандартном подключении металлический корпус БП и весь системный п/|ок в целом должны быть присоединены к контуру заземления через разъ- • м питания. Возникает вопрос, зачем нужно заземление? У многих компью- тер не заземлен и при этом вполне работоспособен Существуют следующие ipi ументы в пользу заземления. 1 Сертификационные организации постоянно ужесточают стандарты и требования к аппаратуре с импульсными источниками питания. Цель - заставить разработчиков выпускать изделия с минимально возможным электромагнитным излучением, которое вредно влияет на организм человека. Металлический корпус блоков питания явля- ется такой защитой от электромагнитного излучения но при этом должен быть заземлен. 2 . Мы знаем, что фильтр ставится с целью предотвращения проникно- вения в электрическую сеть импульсных помех, создаваемых исгоч-
ником till гания. Однако фильтр будс! выполни и. вол к>.к< иные на него обязанности только при правильном его подключении к сети (г.е. подключении с заземлением). К тому же из схемы фильтра видно, что корпус блока питания гальваничес- ки соединен со средней точкой емкостного фильтра на конденсаторах С4, С5. В результате, в зависимости от емкости конденсаторов, мы получаем на корпусе компьютера потенциал порядка 110В относительно фазного (L) и нулевого (N) провода. Иначе говоря, при определенных условиях при при- косновении к корпусу компьютера можно получить удар электрическим то- ком. Впрочем, в помещениях, где разводка выполнена по трехфазной схеме, ситуация гораздо хуже: разность потенциалов между корпусами компьюте- ров, сидящих на разных фазах, пойдет уже на сотни вольт. В результате при объединении компьютеров, к примеру, в сеть практически гарантированно получаем повреждение аппаратного обеспечения.[5] Поэтому можно сделать вывод, что заземление нужно, чтобы; • Уменьшить электромагнитное излучение высокой частоты. • Уменьшить выброс помех в электрическую сеть. • Уменьшить влияние внешних помех на аппаратуру. • Обеспечить нормальную работу аппаратуры в составе сети. • Исключить поражение человека емкостным током.6 Надо сказать, что организация российской сети питания отличается от ев- ропейской, в которой заземление является необходимым элементом энерго- сети и является гальванически развязанным от основных жил питания. При работе блока питания от сети с гальванически развязанной землей в работу преобразователя, кроме эффективного подавления помех, будет вноситься дополнительная стабильность как результат уменьшения пульсаций на де- лителе С5, С6. В нашем же случае более правильно говорить о защитном занулении. Его организация в наших домах приведена на рис. 2.6. Приведем выдержку из ПЭУ: 7 Л .36. Во всех зданиях линии групповой сети, прокладываемые от группо- вых, этажных и квартирных щитков до светильников общего назначения, штепсельных розеток и стационарных электроприемников, должны вы- полняться трехпроходными (фазный - L, нулевой рабочий - N и нулевой защитный -- РЕ проводники). 6 www ixbt com 40
ГЛАДА 2 ФнМ ЦИ НЛЧ1Н1 II У II I И 1/НМИ1ЫИ К ЧНИк IK IU ill ----0Ф1 -220 В (сеть) ----00 Рис. 2.6. Защитное зануление в наших домах Не допускается объединение нулевых рабочих и нулевых защитных про- водников различных групповых линий I (улевой рабочий и нулевой защитный проводники не допускается под- ключать на щитках под общий контактный зажим. Примечание ПЗУ — Правила Электросиловых Установок Аббревиатура на слуху и, скорее все- го, так оно раньше и было В то же время в самих Правилах (2002г.) фигурирует аб- бревиатура ПУЗ — Правила Устройства Электроустановок (дело рук реформ) По- этому, считаю, что правильно будет ПУЗ, но готов согласиться с вашим мнением. Как скажется зануление корпуса блока питания компьютера на его работу9 I' этом случае часть элементов защиты от помех попросту исключается из < комы. Т. е. эффективности в подавлении помех наше зануление системе не прибавит. Более того, связь средней точки делителя С5, С6 с линией шпа- ция в отдельные моменты может послужить источником дополнительных импульсных помех излучаемых в сеть. И при этом остается надеяться, что в । шуляемом блоке питания вместо штатного варистора Z2 не запаяют пере- мычку, что не исключено в дешевых источниках. В худшем случае нам гаран- । ировано уменьшение мощности блока питания в два раза. ' )днако занулять системные блоки все же желательно, хотя бы потому, что при этом исключается риск получить удар электрическим током. Пусть даже пеной некоторых послаблений в области подавления сетевых помех. Послед- нюю задачу можно успешно решить, используя сетевые фильтры питания. К вопросу о заземлении на водопроводную трубу (батарею) Теоретически в подвале каждого здания должна находиться система уравнивания потен- циалов проводников N, PF и всех металлических конструкций здания, мол- пиезащиты, стальных груб и систем центрального отопления. Фактически кс не исключено появление на батарее потенциала, отличного от нулевого I »ы гь может, сосед ваш сверху уже заземлил свой компьютер на батарею пли in пользует её в качестве рабочего нуля. 11
< -)Ц1 I Ml Hill II . К •‘1НИ» И IIHIAIU' I I II* III ГИПНИ- В заключение надо сказать, что самостоятельно opi апизовына 1 ь шиуленио и icm более заземление в случае полного их отсутствия в вашем доме на- стоятельно не рекомендуем. Живем мы все в домах разных (разных годов постройки), и относились в разные времена к мерам электробезоиасности тоже по-разному (да и не было раньше импульсных источников питания) В любом случае за дополнительной информацией следует обратиться к служ- бам местного электроснабжения. 2.2.3. Низкочастотный выпрямитель Питание преобразователей осуществляется постоянным напряжением, ко- торое вырабатывается низкочастотным выпрямителем (рис 2.7) Мостовая схема выпрямления, выполненная на диодах D1...D4, обеспечивает надле- жащее качество выпрямления сетевого напряжения, но чаще используется диодный мост Последующее сглаживание пульсаций выпрямленного на- пряжения осуществляется фильтром на последовательно включенных кон- денсаторах Cl, С2. Емкость конденсаторов должна соответствовать мощ- ности, заявленной на данный блок питания. Для расчета принимают 1 мкФ каждого конденсатора на 1 Вт мощности блока. Так. для источников мощ- ностью 300 Вт ёмкость конденсаторов не должна быть меньше 2x330 мкФ. Исключением являются блоки с активным корректором мощности (PFC) Резисторы Rl, R2 исключают разбаланс напряжения на конденсаторах С1, С2, связанный с неидентичностью внутренних последовательных сопротив- лений конденсаторов (R ). К тому же резисторы создают цепь разряда кон- денсаторов после отключения блока питания от сети. кл 1 -АС КЛ 2 Рис. 2.7. Низкочастотный выпрямитель 42
1ллнл/ <1 ГНИ /II И /II Ml Illi I И- I чни. II ПИ1А11И I I |I Bo Imo kiiocii пи nun i oi (( ill 1 1 >1 |)(‘<l/iii.iv(‘1oi введением в схему выпря мни i>i переключай !i вы пора питающего напряжения. Замкнутое состо nine переключателя соответствует низкому напряжению питающей сети ( 115В). В этом случае выпрямитель работает по схеме удвоения пан ряже пп । <i процесс зарядки будет происходить следующим образом. Пусть в не- । огорын момент времени на входе выпрямителя положительный полупери- В । сетевого напряжения. Это эквивалентно действию внешнего источника, и.) клемме 1 которого положительный полюс, а на клемме 2 — отрицатель- III hi Заряд конденсатора С1 будет происходить по цепи: +Ucemu (клемма 1) D2 ^L1 С1 SW1^ NTCR1 -Ucemu (клемма 2). При смене полярности полупериода входного напряжения будет происхо- III । ь заряд конденсатора С2 по цепи: +Ucemu (клемма 2) NTCR1 + SW1 С2 -&D1 -> -Ucemu (клемма 1). I «ыходное напряжение соответствует суммарному значению напряжения на ♦ hi (снсаторах Cl, С2 Одной из функций выпрямителя является ограниче нис тока зарядки входного конденсатора низкочастотного фильтра, выпол- । иное элементами, входящими в состав выпрямительного устройства бло- • л пп гания. Необходимость их применения вызвана тем, что режим запуска н|н оора ювателя близок к режиму короткою замыкания. Lip । цгый ток конденсатора при подключении его непосредственно к сети |Ьи быть значительным и достигать нескольких десятков-сотен ампер | । существует две опасности, одна из которых - выход из строя диодов । Пчочастотного выпрямителя, вторая износ электрических фольговых hi щнеаторов входного низкочастотного фильтра при протекании больших »в через обкладки [71 Применение термисторов типа NTCR1 с отрицательным ТКС (рис. 2.7), почаемых последовательно в цепь заряда конденсатора, позволяет уст- iiinib нежелательные эффекты заряда входного конденсатора низкочас- । HIIOIO фильтра Принцип ограничения тока основан на нелинейных ха- г •• к ристиках этих элементов. Термистор имеет некоторое сопротивление и ' о юдном» состоянии, после прохождения пика зарядного тока резистор с • ни ревается и его сопротивление становится в 20. .50 раз меньше В номи- н пом режиме работы оно останется низким. Преимущества этой схемы и р шипения очевидны: простота и надежность. В высококачественных ис hi шиках питания используются варисторы Zl, Z2. Их применение объяс I н н । необходимостью защиты блока от превышения напряжения в питаю । и < г| и. Справочные данные наиболее часто встречаемых в блоках питания из
< 0111*1 Ml lillhll И' К *111ИКИ ПИ1АНИ I ПК И IIFI’H I'M ИИ типовых выпрямительных диодов и выпрямительных мосюв приведены в ।абл. 2.3 и в табл. 2.5. Внешний вид и размеры диодов в зависимое! и от тина корпуса показаны в табл. 2.4. Таблица 2.3. Основные характеристики выпрямительных диодов Наименование Uo6p, В Inp, А !имп, А Unp В Корпус RL101 50 1 50 1,1 А-405 1N4001 1.5 D0-41 1N5391 1,4 D0-15 RL201 2 70 1 1N5400 3 200 1,2 D0-27 RL102 100 1 50 1,1 А-405 1N4002 1.5 D0-41 1N5392 1,4 D0-15 RL202 2 70 1 1N5401 3 200 1,2 D0-27 RL103 200 1 50 1,1 А-405 1N4003 1,5 D0-41 1N5393 1,4 D0-15 RL203 2 70 1 1N5402 3 200 1,2 D0-27 RL104 400 1 50 1,1 А-405 1N4004 1.5 D0-41 1N5395 1,4 D0-15 RL204 2 70 1 1N5404 3 200 1,2 D0-27 RL105 600 1 50 1,1 А-405 1N4005 1,5 D0-41 1N5397 1.4 D0-15 RL205 2 70 1 1N5406 3 200 1,2 D0-27 RL106 800 1 50 1 1 А 405 1N4006 1,5 D0-41 1N5398 1,4 D0-15 RL205 2 70 1 1N5407 3 200 1,2 D0-27 44
f Л АН A .' I •. I h ЦИ< >H ‘ I .HI I V '/II I Oil Mt Н1Ы И I > I 1И* ' I' fl.' IV .1 I IT I an ища ?. i. Кот тримпивные размеры корпцеок Размеры диодов, мм А Б I В Корпус 1 , г t А-405 5,2 27 0,6 D0-41 0,9 DO-15 7,6 3,6 0,9 D0-27 9,5 5,6 13 I аблица 2.5. Диодные выпрямительные мосты Наименование Нобр. в 1 Ch. А/°C 1имп> А Unp. В RS404 400 4/50 200 1/3 KBL04 6/50 250 RS604 6/75 125 KBU6G 8/50 250 1/4 BR64 8/75 125 1,1/4 КВРС604 RS804 KBU8G BR84 КВРС804 RS405 600 4/50 200 1/3 KBL06 6/50 250 RS605 6/75 125 KBU6J 8/50 250 1/4 BR66 8/75 125 1.1/4 КВРС606 RS805 KBU8J_____ BR86 КВРС806 RS406 800 4/50 200 1/3 KBL08 6/50 250 RS404 6/75 125 KBU6K 8/50 250 1/4 BR68 8/75 125 1 1/4 КВРС808 RS806 KBU8K BR88 KI3PC808 45
Icll, A- °C макс, шачснпе среднею выпрямленною юка при icMiicpaiypv 1сплоо1вода. 2.2.4. Полумостовой преобразователь Особенности типовых схем преобразователей На вход преобразователя сигналы управления могут передаваться через со- гласующий трансформатор В некоторых источниках роль согласующего выполняет пара отдельных трансформаторов, как это имеет место в источ- нике питания PS-6220C (рис. 2.8) — трансформаторы Т2, ТЗ Однако более привлекательной с точки зрения размеров, стоимости, а следовательно, и бо- лее распространенной считается схема, использующая один трансформатор с раздельными согласующими обмотками (рис. 2.9...2.12). И, как следствие этого (в отличие от основной, рис. 2.4), в этих схемах рабочая обмотка им- пульсного трансформатора (Т1 - рис. 2.9,2.10, Т4 — рис. 2 11, 2.12) подклю- чена к дополнительной секции одной из вторичных обмоток согласующего трансформатора через конденсаторы: • СЗ — рис. 2.8,2.10; • С6 рис. 2.9 • С5 - рис. 2.11; • С15-рис. 2.12. Рис. 2.8. Принципиальная схема полумостового преобразователя PS-6220C 46
Г'1Л' ' I I И I Ml НН К «ЧНИ» Ol НИ1АНИ I I lb Рис. 2.9. Принципиальная схема полумостового преобразователя PM-230W Рис. 2.10. Принципиальная схема полумостового преобразователя PM-200S U
•111 и 11 in гич 11 Рис. 2.11. Принципиальная схема полумостового преобразователя LC-200 Рис. 2.12. Принципиальная схема полумостового преобразователя 48
Глл*д< ч •►ци< и и .мн /н и ни миини мни п iihiaiui »«।» II и к кип к и.иск вк iio'iciiik конденсаторов с рабочей обмоткой импуль < ною грансформ нора позволяет устранить несимметричный характер нгрсмагничивания |рансформатора Т в переходных режимах работы нре- оОр.ыова теля. Последова гельно с рабочей обмоткой полумостового преобра шпаге 1Я может быть включена обмотка дополнительного трансформатора I < (см. рис. 2 10, 2.12), выполняющего функцию контроля тока нагрузки в преобразователе. (1м облегчения режима пуска преобразователя в цепях ключевых транзис- енров включают резисторы, устанавливающие режим «отсечки» транзисто- рм1 преобразователя. При этом отпирание транзистора происходит только шн шпалам управления. Принцип действия 111 входы активных элементов преобразователя сигналы управления со вто- । । чных обмоток согласующего трансформатора в схемах рис. 2.9...2.12 пере- • к > । ся через форсирующую резисторно-конденсаторную цепь. Параллельно ip р< ходному конденсатору (как правило, емкостью в 1,0 мкФ) подключена M in , состоящая из диода и резистора Эти элементы обеспечивают быстрый I । вряд конденсатора. I • < «ст ав почти всех приведенных схем входят возвратные диоды, включен- ||ы< встречно по отношению к току протекающему через транзисторы. Этим обеспечивается контур возврата энергии, запасенной в трансформаторе, об- । и но в систему энергоснабжения В транзисторе NT405F диоды размещены •nyipn корпуса. Основные характеристики транзисторов, применяемых в • и новых преобразователях, и их возможные аналоги приведены в табл. 2.6. 11 до отметить, что все большую популярность в качестве ключевых элемен- hih преобразователей получают мощные полевые транзисторы с изолиро- •• шным затвором (MOSFET). 1'»|» ища 2.6. Основные характеристики ключевых транзисторов преобразователя 1|МН .истор Тип k макс« A ^кэ макс » В кб макс» В Рк. Вт ^21 э Frp > МГц Корпус МЛ 13007 Si-N 8 400 2 8...60 4 ТО-220АВ /Ы Д306 Si-N 10 400 530 100 >10 ТО-247 NI405F Si-N . М .3039 Si-N 7 400 500 17 15...50 20 ТО-220 1BG4242 Si-N 7 400 450 60 >10 16 ТО-220АВ .'•Л 1020 Si-N 3 800 900 50 >10 6 ТО-220 и
WI4» u iihiaiih t I Г И TTI 11 !»l I • 1Й Транзистор Тип ’к макс» A ^кэ макс » В U кбма*с» В Рк. Вт h2i . т. МГц Корпус BU807 8 400 60 375 35 ТО-220АВ MJEI8008 Si-N 8 450 450 125 16...36 12 ТО-220 2SC2200 Si-N 7 400 500 40 >10 ТО-66 2SC2810 Si-N 7 400 500 50 >10 18 ТО-220 2SC3842 Si-N 10 400 600 70 10...40 32 TO-247S 2SC3844 Si-N 15 450 600 75 10...30 30 TO-247S 2SC3890 Si-N 7 400 500 30 >10 10 ТО-220 2SC4052 Si-N 3 450 600 25 >10 20 ТО-225 2SC4161 Si-N 7 400 500 30 15...50 20 ТО-220 2SC4977 7 450 40 10 TO-220ML 2SC5249 3 600 35 6 ТО-220 При всей своей конструктивной схожести с биполярным транзистором по- левой транзистор имеет отличие в своем управлении, что видно из назва- ния своих электродов. Так, если для управления биполярным транзистором необходимо обеспечить ток базы на протяжении всего времени открытого состояния транзистора и при этом i6=iyh2i, где h2j - статический коэффици ент передачи тока (при замене транзистора на аналог необходимо знать, что этот параметр не меньше, чем у заменяемого транзистора), то у полевых этот ток необходим только в момент включения. Главное, чтобы уровень напря- жения на затвор транзистора был подан не меньше указанного в специфика- ции на транзистор. Учитывая малый коэффициент передачи (h2i) мощных биполярных транзисторов, приходится задаваться для них большим током базы. Это влечет за собой создание мощной схемы управления и снижение КПД всего преобразователя. СТОК 0 ЗАТВОР и3_и —0 исток СТОК 0 ЗАТВОР р- ^з-и Uc-и —0 исток п - канал р - канал Рис. 2.13. Условное обозначение транзисторов MOSFET SO
I ЛАП a ФуН» Ц»’( 'H А Л1 HI 'I У11Н.1И t>ll Ml Kill И *11111 ( П I I H I | |l ll< । к выг iрапзппоры но сравнению с биполярными могу i игрек помады i •о ire высоко!! скорое нао, поскольку в их работе отсутствую» процессы, * । laiiiibic с временем рассасывания неосновных носителей. Свойственное IB \ i ак । пым схемам явление «сквозных токов», связанное с большим време I м выключения биполярных транзисторов (до 4 мкС, сравните с полевым: • до 100 пС), не позволяет создавать источники с рабочей частотой более । । i I ц. В го же время увеличение частоты позволяет уменьшить габариты i ()чпых изделий, таких как трансформатор и фильтрующие дроссели. Ни казанного выше можно подчеркнуть, что источники питания с реальной мы .о (ной мощностью выше 450 Вт построить на биполярных транзисторах •• • 11ППЫХ габаритах корпуса практически невозможно. П нас гоящее время все импульсные преобразователи подобной мощности । pi. 11ся на основе полевых транзисторов. Кроме того, блоки питания всех и* । нферийных устройств (мониторы, принтеры и др.) используют в качес- • н. । /поповых элементов только транзисторы MOSFET или интегральные • •- мыс выходным каскадом, построены на транзисторах этого класса. 2.2.5. ШИМ-контроллер (сердце источника питания) Н । вход ключевых транзисторов полумостового преобразователя поступают ♦ ни лпрованные по длительности последовательности входных импульсов. ин < шпалы формируются ШИМ-контроллером. ШИМ-контроллер - это | ♦ г щ< всего источника. От того, какая выбрана схема построения источни- ки плинтактная или двухтактная, мостовая или полумостовая, - выбирается 11 in шествующий ШИМ-контроллер и его режим работы. Двухтактная по- |ум<>(‘ говая схема позволяет реализовать импульсный источник с выходной • • иноегью примерно до 600 Вт. Что в большинстве случаев с лихвой пере- < । • шаг । самые изысканные запросы. I • ни* время все компьютерные блоки питания строились на основе кон- 1)111'11гров, созданных на базе микросхемы TL494 или ее аналогов МВ3759 11 I ’)1 TSU), КА7500В (SAMSUNG) и др. В настоящее время в источниках ItonvciGi старше 2000 года чаще встречаются ШИМ-конроллеры на основе и К КА3511 (SAMSUNG) и SG6105 (SYSTEM GENERAL). hi । иная широкое распространение контроллера на TL494, считаем необ- »>i Н1МЫМ привести ее описание и принцип работы. Тем более что новые схе- UI.I нопреены в основном по аналогичному принципу только включают в .... (ополнительные функциональные узлы, которые раньше строились на mi н п.пых дискретных элементах. М
•••' ‘ 4 ' 1МИИ И ИНГАМИ! I I К, и III 1'И«|'1 ГИИ В с icayiomcM же разделе киш и будет рассмотрено Hciio/ibaoB.iiine микросхе мы КА3511, наиболее распросграненной в современных источниках пита ния. Элементная база (микросхема TL 494) Микросхема TL494 содержит: два усилителя ошибки, RC-генератор, компа- ратор «паузы», тактируемый триггер, источник опорного напряжения +5В, цепи управления выходным каскадом, выходной каскад. Структурная схема микросхемы (рис. 2.13) аналогична ИМС МВ3759 (FUJITSU), КА7500В (SAMSUNG), TL494 (MOTOROLA). Могут исполь- зоваться и другие микросхемы, близкие по параметрам. Некоторые харак- терные отличия параметров микросхем различных производителей, состав ленные на основании соответствующих PDF-файлов [15... 18], представлены в табл. 2.7, а в табл. 2.8 приведено назначение выводов микросхемы. Таблица 2.7. Сравнение параметров микросхем TL494 и ее аналогов различ- ных производителей Микросхе- ма Диа- пазон рабочих темпе- ратур, °C Типовое значе- ние тока коротко- замкнутой цепи источника опорного напряже- ния Рабочий диапазон частот колебаний RC-гене- ратора, кГц Полоса пропус- кания усили- телей ошибки, кГц Коэф- фициент подавления синфазно- го сигнала усилителем ошибки дБ Ток 1 кол- лек- торов выход- ного каска- да, мА Типовое значе- ние тока потреб- ления в дежурном режи- ме при питании, мА/В TL494I(TI) 0...+85 25 1...300 800 80 200 9/40 TL494IN(M) 0...+85 35 1...200 350 90 200 7,0/40 КА7500В 0...+70 35 1...300 650 250 6/15 МВ3759 0...+85 | 40 1...300 800 80 250 7 TI TEXAS INSTRUMENTS М - MOTOROLA Таблица 2.8. Назначение выводов TL494 Номер вывода Назначение 1 Неинвертирующий вход усилителя ошибки 1 2 Инвертирующий вход усилителя ошибки 1 3 Вход обратной связи ШИМ-компаратора 4 Вход управления «паузой» 5 Вход подключения конденсатора RC-генератора 6 Вход подключения резистора RC-генератора 7 Корпус 8 Вывод коллектора выходного транзистора 1 I ,1 Л .• ' иКЦИОНАЛЫПД 1Л1 и «Л1М1Н1Ы И< К’•ШИ* )!'ПИ1А11ИМ III* Г 9 Выпод эмиттера выходного транзистора 1 10 Вывод эмиттера выходного транзистора 2 К 11 Вывод коллектора выходного транзистора 2 “ 12 Напряжение питания микросхемы 13 Вход управления выходными каскадами 14 Выход источника опорного напряжения 15 Инвертирующий вход усилителя ошибки 2 16 Неинвертирующий вход усилителя ошибки 2 Принцип действия Микросхема TL494 начинает функционировать при подаче напряжения пи- тания на вывод 12 Если рабочий диапазон питающих напряжений на этом выводе находится в пределах 7...40 В, то запускаются встроенный генератор и источник эталонного напряжения. Генератор работает на фиксированной частоте, с этой же частотой на выводе 5 формируется пилообразное напряжение амплитудой 3,2В. Частота следо- вания «пилы» зависит от двух внешних компонентов: конденсатора Ст и ре- зистора RT, подключенных к выводам 5 и 6 соответственно. Рис. 2.13. Структурная схема микросхемы TL494 52 53
ПРЧАНИ'Л I IK И III 1Ч< : г * ИИ Рис. 2.14. Частота генератора как функция времязадающего резистора fr ~ F(R^ С^) Приближенно частота генератора определяется по формуле: fr=l,l/(RTCT) или же по графикам зависимости: fr = F(RT) при Ст = const, приведенным на рис. 2.14. Прохождение сигналов управления Сигналы управления длительностью выходного импульса могут поступать на вход управления «паузой» (вывод 4), входы усилителей сигнала ошибки (1, 2,15,16) или вход обратной связи (3) Длительность выходного импульса ШИМ-компаратора устанавливается сравнением положительно нарастающего пилообразного напряжения от ге- 54
Глава 2. Функциональны! узлы и эл1 мины исючни»( в пшлнич ПК пера гора (выв. 5) с двумя управляющими сигналами, поступающими на не инвертирующие входы соответствующих компараторов (паузы и ошибки). • Выводы 1, 2,15,16 — входы усилителей ошибки. • Вывод 3 — вход обратной связи. • Вывод 4 — «пауза». В литературе могут использоваться названия: время задержки, «мертвая зона». 11а выходе ШИМ-контроллера формируется сигнал высокого уровня, если вилообразное напряжение на инвертирующих входах компараторов превы- шает сигналы управления (ОС, пауза). Увеличение величины управляющих < игналов вызывает соответствующее уменьшение длительности выходных импульсов микросхемы. Обратное соотношение сигналов (превышение уровня сигналов управления пилообразного напряжения) исключает нали- чие импульсов на выходах микросхемы. Исключение явления «сквозного» тока Дополнительной мерой исключения явления «сквозного» тока в полумос- товом преобразователе является фиксированное смещение компаратора «паузы» 0.12В. При напряжении пилы, меньшем 0.12В, и нулевом потенци- але на выводе 4 на выходе компаратора будет сохраняться нулевой уровень, который соответствует интервалу максимальной длительности выходного импульса и минимальной длительности интервала «пауза». Длительность паузы в этом случае не будет превосходить 4% от продолжи- тельности периода пилообразного напряжения. Максимальная длительность паузы соответствует напряжению, равному +3,ЗВ на выводе 4 микросхемы. Режим «медленного пуска» Наличие режима «медленного пуска» позволяет плавно запустить преоб- разователь в первый момент включения в электрическую сеть. Этот режим запуска считается очень тяжелым режимом работы преобразователя, так как все фильтровые конденсаторы разряжены, в связи с этим режим пуска бли- зок к режиму короткого замыкания. Транзисторы преобразователя до момента окончательного заряда конден- саторов фильтров выпрямителей должны работать в критическом режиме максимальных токов. Обеспечить комфортную работу транзисторов во вре- мя запуска преобразователя до окончания заряда конденсаторов фильтров позволяет использование RC-цепи, заряд конденсатора которой осущест- вляется, как правило, от источника эталона (выв. 14). При этом длитель- 55
'Л 1ЧГ1 мгнны И< 1< 1ЧНИ>И П»’1»ни>> IIK И rtM-WIM 'ИИ 1кк гь выходных сигналов плавно увеличивается до поминального режима работы выходных транзисторов преобразователя Усилитель ошибки Главное назначение усилителей ошибки — контроль отклонения выходных напряжений от номинального значения и тока нагрузки с целью поддержания напряжения на выходе источника питания на постоянном уровне. В режиме стабилизации изменение длительности выходных управляющих импульсов осуществляется сигналами усилителей ошибок, входное напряжение которых может изменяться в пределах от 0,5 до 3,5В. Оба усилителя могут работать в одинаковых режимах. Выходы усилителей соединены с неинвертирующим входом ШИМ-компаратора (рис. 1.13). Такая архитектура микросхемы (с управлением по цепи обратной связи) позволяет под держивать напряжения на выходе источника питания с минимальным отклонением. В двухтактном режиме вход управления выходными каскадами (вывод 13) подключается к источнику опорного напряжения (вывод 14). В микросхеме имеется источник опорного напряжения (вывод 14), который в рабочем ре- жиме формирует напряжение +5В с максимальным током нагрузки 10 мА. Назначение этого источника — питание внешних по отношению к микросхе- ме цепей. Выходной КАСКАД Если времязадающий конденсатор СТ разряжен, на выходе компаратора «паузы» формируется импульс положительной полярности. Этот импульс поступает на синхронизирующий вход D-триггера и на входы элементов ИЛИ-HE выходного драйвера, закрывая выходные транзисторы QI, Q2. В двухтактном режиме, когда вход управления выходными каскадами (вы- вод 13) соединен с источником опорного напряжения (вывод 14), транзис- торы выходного каскада управляются противофазно. В этом случае частота переключения каждого транзистора равна половине частоты генератора, а ток, протекающий через каждый выходной транзистор, не превышает вели- чины 200 мА. Защита транзисторов полумостового преобразователя Защита транзисторов полумостового преобразователя в микросхеме TL494 реализована на компараторах низкого напряжения: по питающему и эталон- ному. Опорные напряжения для компараторов подводятся к неинвертирую- щим входам, информационные — к инвертирующим 56
Гланд 2 Функциональны» узлы и элгмеьпы источников питания ПК Уменьшение значения какого-либо из контролируемых напряжений ниже ладанных пределов устанавливает соответствующий компаратор в единич- ное состояние, при этом импульсная последовательность на выходе ШИМ- цомнаратора прекращается. Типовая схема включения Tit новая схема включения микросхемы TL494 в источнике питания с полу- йстовым преобразователем представлена на рис. 2.15, временные диаграм- мы — рис. 2.16. На схеме конденсатор С4 и резистор R6 — элементы вре- ^адающей цепи генератора, частота переключения составляет примерно 73 кГц, резисторы R3, R4, конденсаторы Cl, СЗ образуют цепи коррекции усилителей ошибки 1 и 2 соответственно. Для реализации двухтактного режима работы преобразователя вход управ- Вгния выходными каскадами (вывод 13) соединен с источником эталонного напряжения (вывод 14). С выводов 8 и И микросхемы управляющие им- н ульсы поступают в базовые цепи транзисторов преобразователей. Напряжение питания +25В подается на вывод питания микросхемы (вывод |2) и на среднюю точку первичной обмотки трансформатора Т1 для пита- ния транзисторов преобразователя. Опорное напряжение для усилителей Ошибок формируется также от источника эталонного напряжения, для чего Инвертирующие входы усилителей через резисторы Rl, R2 соединены с вы- водом 14 микросхемы. Рис. 2.15. Типовая схема включения микросхемы TL494
^ВЫВ5 3,2 В ВЫВ. 11 ^ВЫВ8 Ukqi 1,6 В UkQ2 1,6 В Рис. 2.16. Временные диаграммы работы микросхемы TL494 На неинвертирующий вход усилителя ошибки 1 (вывод 1) информация о выходном напряжении источника поступает с делителя Rl 1, R12. С резисто pa R9 на инвертирующий вход усилителя ошибки 2 поступает информация о токе в нагрузке. Режим «медленного пуска» образован последовательным соединением эле- ментов С2 и R5, причем положительная обкладка конденсатора С2 подклю- чена к выходу источника эталонного напряжения (вывод 14). Эпюры напряжения на временных диаграммах рис. 2.16 показывают: • а....форму пилообразного напряжения на выводе 5 микросхемы; • б, в.выходные импульсы микросхемы; 58
Глава 2 Функциональны! yjnw и лги мины ис чни» • питание ПК • д....напряжение в средней точке первичной обмотки согласующе- го трансформатора. Варианты исполнения ШИМ-формирователей Принципиальные схемы ШИМ-формирователя источников питания конс- । р\ ктива АТХ [12] показаны на рис. 2.17 и 2.18. В достаточно древних источ- никах питания стабилизация напряжения проводилась по обратной связи только от линии +12В Схема преобразователя такого источника приведена И.। схеме (рис. 2.17). Информация о выходном напряжении поступает с де- I и геля R50, VR1, R49, подключенного к источнику канала +12 В. Наличие регулировочного резистора VR1 позволяет вручную устанавливать номи- иллыюе значение выходного напряжения источника питания. Остальные • к менты схемы представляют типовое включение микросхемы. I )с>)бенность реализации ШИМ-формирователя PM-230W (см. рис. 2.19, а Снкже конструктив АТХ) заключается в том, что на усилитель ошибки пода- |'|< я сумма двух напряжений +5В и +12В, сумматор образован резисторами R-i?, R43, R44. В этом случае стабилизация напряжений производится по ц|ум линиям в процентном соотношении, заданном номиналами резисто- |юв. Опорные напряжения формируются: для усилителя ошибки 1 (вывод 2) резисторами R21, R22, а для усилителя 2 (вывод 15) используется эталон- in ч напряжение. Элементы цепи медленного пуска размещены на отдельной n i.iTe, показанной на схеме пунктиром Рис. 2.17. ШИМ-преобразователь АТХ 59
r^i -ITT ——Г------ ’ I РТРГ Рис. 2.18. ШИМ-преобразователь DTK (АТХ) кб.ОЗ Рис. 2.19. ШИМ-преобразователь PM-230W «Медленный пуск» преобразователя В момент включения источника питания конденсаторы фильтров разряже- ны, сигналы обратных связей отсутствуют. Источник питания фактически работает на короткозамкнутую нагрузку. Действие обратной связи приводит к тому, что мощность на коллекторных переходах может превысить допусти мую. Поэтому для обеспечения постепенного «вхождения» преобразователя в режим нормальной стабилизации необходимо ограничивать ток транзис- торов в момент пуска. Для этого реализован режим «медленного пуска». Режим реализован последовательным соединением резистора и конденсато- ра (рис. 2.20). Один из элементов цепи, как правило конденсатор, подключей 60
Г лл>1*;’ ’1'41*1|И"Н"Ф . Л" И .• IIMIHtl. И Г ЧНкЮ Г ПИ1АНИЯ IIK «источнику эталонного напряжении микросхемы (вывод 14), средняя точка itriin подключена ко входу «пауза». После включения в сеть и запуска прс- рлзователя формируется напряжение питания микросхемы, как правило, фЗВ. Из этого напряжения микросхемой формируется эталонное напряже- ние +5В, являющееся источником для цепи «медленного запуска». В этот Момент (включения) по цепи протекает зарядный ток, ко входу управления фмуэой» прикладывается максимальное падение напряжения на резисторе Ц, что соответствует появлению на выходах микросхемы (выводы 8,11) им- пульсов малой длительности. Цо мере заряда конденсатора С напряжение на выводе 4 уменьшается, дли- Яявность управляющих импульсов увеличивается, растет напряжение на Ацсоде источника и соответственно происходит заряд конденсаторов филь- ||юи. С ростом напряжения на выходе увеличивается напряжение обратной ыы щ и ШИМ-формирователь переходит в режим стабилизации. Этот про- Ц < < иллюстрирует временные диаграммы на рис. 2.21. Рис. 2.20. Схема «медленного» пуска микросхемы 11- II И ill Рис. 2.21. Временные диаграммы «медленного» пуска 61
Глава 2 Функциональны* узлы и :м>м» нты ш т< нниклп питание i ik ' ’ ' МГЙНЫВ I* IОЧНИКИ ПИТАНИЯ ПК И ГМ«МФ1 НИИ — 2.2.6. Схема управления У|||МП icinic транзисторами полумостового преобразователя осуществляйI < и каскадом на транзисторах QI, Q2 (рис. 2.22). Кроме этой функции, схем< у пран кипя осуществляет согласование и гальваническую развязку мошньп ( и /юных каскадов от маломощных цепей управления. Грантсторы QI, Q2 схемы работают в ключевом режиме с соединенны мп эмп играми поочередно. Коллекторными нагрузками являются полу обмо1кн трансформатора Т1 (выводы 1-2, 2-3), в среднюю точку которой! (вывод 2) подается пи гание на схему через элементы R4, D5. /(иод D5 предотвращает влияние сигналов в первичных обмотках транс! форматоров на работу ШИМ-формирователя по шине питания. РезисторД R1, R2 и R3 формируют смещение в цепи базы транзисторов Q2 и Q1 со! ответственно. Импульсы управления с микросхемы ШИМ-формировате.Л поступают на базы транзисторов схемы. Под воздействием управляющий импульсов один из транзисторов, например Q1, открывается, а второй (Q2)l соответственно закрывается. Надежное запирание транзистора осуществляв стся цепочкой DI, D2, С1. Так, при протекании тока в открытом транзистор! Q1 по цепи: I +25 В + R4 + D5+ Т1(выв. 2-1) -» Q1(k-o) D2, D1+ корпус в эмиттере транзистора Q1 формируется падение напряжения +1,6В. Ош1 достаточно для запирания транзистора Q2. Наличие конденсатора С1 слов собствует поддержанию запирающего потенциала во время «паузы». Диоды! D3, D4 предназначены для рассеивания магнитной энергии, накопленном | полуобмотками трансформатора. Наличие транзисторов в выходном каска ! де микросхемы позволяет выполнить эту схему без использования дополни | тельного транзисторного каскада. +25 В Рис. 2.22. Транзисторный каскад управления Рис. 2.23. Каскад управления с бестранзисторным управлением ||и рис. 2.23 показан вариант бестранзисторной схемы, применяемой в ис- i’nniKC питания компьютера «Appis» [2]. Управление транзисторами полу- ^Ьтового преобразователя осуществляется с помощью двух трансформато- *>" DTI, DT2, являющихся нагрузками выходов микросхемы. ^|н1.шие к коллекторам выходных транзисторов микросхемы подводится Ц источника +14В через средние точки первичных обмоток управляющих ||».шс<|юрматоров. Возвратные диоды D9, D10 предназначены для размаг- Ешшания сердечников трансформаторов в период закрытого состояния VmaiiCTopa. Энергия, запасенная трансформатором в период открытого |Н юяпия транзистора, при размагничивании подзаряжает конденсаторы ров цепи питания. L, например, при закрытом транзисторе Q1 ток, размагничивающий сер- IjImihik DT1, протекает по цепи: ОТ1(выв. 2)^ С9^ корпус D10 DT1(ebie.3). 2.2.7. Формирователь сигнала Power Good iIh, hi ippeKTiioro запуска вычислительной системы компьютера в системной Ц4ЫФ организована задержка подачи питания на время, пока не закончат- 1м и- |н чодные процессы в блоке питания и на выходе не установятся но- Бши и ные значения выходных напряжений. С этой целью в блоке питания Г । шруек я специальный сигнал Power Good («питание в норме»). Задер- 62 63
« iiiiii.iii па 0,1...0,5 с ciniia i Power Good иредс1авлясч гобои уровень логи- чг( кой единицы (порядка +5В), который предназначен для начальной уста- новки гнс1емно>1 платы. 11е меи(*е важной функцией данного формирователя является контроль вы- ходных напряжений в пределах их допуска. В табл. 2.9 приведены характе- ристики сигнала Power Good. Таблица 2.9. Типовые характеристики сигнала Power Good Параметр Значение Минимальная величина, В + 3,0 Максимальная величина, В + 6,0 Задержка, мс 100. .500 Формирователи могут быть выполнены в дискретном и интегральном ис- полнении. Во втором случае в качестве формирователей нашли применение интегральные компараторы фирм NATIONAL SEMICONDUCTOR CORP и SAMSUNG ELECTRONICS: Один из вариантов исполнения фомирователя сигнала P.G. представлен на рис. 2.24. Здесь с выхода цепи задержки сигнал поступает на один из компа- раторов IC2 микросхемы LM393. На выходе компаратора устанавливается сигнал логической единицы при превышении напряжения па неинвертиру- ющем входе компаратора опорного, которое подводи гея ко второму входу компаратора. При понижении выходных напряжен и й ниже установленных допусков уменьшается потенциал на выводе 3 микросхемы IC1 (111 ИМ-фор- мирователя), транзистор Q6 открывается и происходи г разряд конденсатора С19, при этом на выходе компаратора устанавливается напряжение логичес- кого нуля. Рис. 2.24. Формирователь сигнала Pow<h Good и» г о мни» и АIX и4
2.2.8. Дистанционное включение питания Д|ктанционноеуправлепие ИП осуществляется сигналом PSON. Один из вариантов исполнения схемы дистанционного включения представлен па рис. 2.25 на примере источника LO239ATX. Сигнал высокого уровня через |н зисгор R32 поступает на управляющий вход регулируемого стабилизаго |».| IC7. При этом транзистор Q8 открыт. Or источника опорного напряжения +5 В через малое сопротивление пере- хода коллектор-эмиттер Q8, резистор R43, диод D21 и резистор R56 протека- < г ток. На вывод 4 IC1 поступает сигнал высокого уровня. Преобразователь останавливается, на выводах 8, И ИМС импульсы отсутствуют. В случае подачи сигнала PS_ON низкого уровня (транзистор Q8 закрыт) на выводе 1 IC1 потенциал близкий к нулю, действие компаратора «пауза» прекраща- ется, на выводах 8, И появятся импульсы. Vcc PS_ON к каскаду управления полумостовым преобразователем Рис. 2.25. Схема дистанционного управления источника АТХ. 2.2.9. Узел защиты и контроля Защита источников питания проявляется в критических режимах работы, а также в тех случаях, когда действие обратной связи может привести к пре- дельным режимам работы элементов схемы, предупреждая тем самым выход из строя силовых и дорогостоящих элементов схемы. К ним относятся тран- зисторы полумостового преобразователя и выходные выпрямители. 3 Зак 1021 65
В результате действия цепей защиты снимаются выходные управляющие сигналы с ШИМ-контроллера, транзисторы преобразователя находятся в выключенном состоянии, выходное вторичное напряжение отсутствует. Ис- ключая внутренние цепи защиты ШИМ-контроллера, рассмотрим действие* внешних элементов схем защиты, встречающихся в типовых схемах преоб разователей. Следует различать такие цепи защиты: • от короткого замыкания в нагрузке; • от чрезмерного тока в транзисторах полумостового преобразовате- ля; • защиту от превышения напряжения. Первые два типа защиты близки по действию и связаны с предупреждением отдачи преобразователем большой мощности в нагрузку. Действуют они при перегрузках источника питания или же неисправностях в преобразователе Защита от превышения напряжения может возникать при перепадах вход- ного напряжения и в некоторых других случаях. Выключение преобразователя в источниках питания осуществляется с по- мощью дополнительного усилителя ошибки, обычно это усилитель ошиб- ки 2, включенный компаратором либо по каналу управления паузой. Ниже приводится описание характерных схем защиты рассматриваемых источни- ков питания. DTK. В некоторых источниках питания компаратор защиты от чрезмерных токов, встроенный в микросхему ШИМ-преобразователя не используется Схема защиты в этом случае полностью построена на внешних элементах. Аналогичный подход применен в схеме источника питания DTK (АТХ) [5] (рис. 2.26). В этой схеме роль трансформатора тока выполняет согласующий трансформатор Т2. Вторичная обмотка трансформатора нагружена однопо- лу периодным выпрямителем D18, С19, ас делителя R20, R21 сигнал тока поступает на базу Q6. Превысив определенный уровень, сигнал, пропорциональный току преобра- зователя, открывает транзистор Q6, что, в свою очередь, приводит к отпи- ранию транзистора Q1. На вход управления паузой через Q1 и D10 станет поступать потенциал источника эталонного напряжения (вывод 4 IC1). Это же напряжение через открытый транзистор Q1, диод D3, резистор Rl 1 пос- тупает в базу транзистора Q4, который, открываясь, блокирует работу пре- образователя. Каскад защиты, состоящий из диодно-резистивной цепи DI, R2 и сумматора R8, R9, реализует защиту преобразователя от короткого замыкания в кана- лах +5В, -12В, -5В. Уменьшение напряжений в любом из перечисленных 66
Т71 Рис. 2.26. Схема защиты источника питания DTK (АТХ) Идалов вызовет открывание транзистора Q4, который, в свою очередь, от- ьроет Q1. При этом управляющие импульсы на выходе ШИМ-контроллера Щсутствуют. Защита от превышения напряжения выполнена на стабилитронах ZD 1, ZD3, ’резистор R3 для них балластный. Увеличение напряжения повлечет откры- тие транзистора Q4. АТ. В схемах источников питания формата АТ наиболее употребительна схема защиты (рис. 2.27). В этой схеме использовано типовое включение за- щиты от короткого замыкания на элементах DI, D2, R2. В режиме нормаль- ного функционирования транзистор Q1 открыт, на вход управления паузой поступает потенциал коллектора открытого транзистора Q1. В случае корот- ких) замыкания изменяется режим транзистора Q1, от источника эталонно- го напряжения начинает протекать ток по цепи: +11эт + D4 R1корпус. Падение напряжения на резисторе R16 увеличивается и прикладывается Ко входу управления паузой (вывод 4 IC4). Превышение уровня +3,2В на 67
выводе 4 микросхемы препятствует формированию выходных импульсных последовательностей 111И М-контроллера. Каскад защиты от чрезмерного тока в транзисторах преобразователя вы полнен на элементах ТЗ, D9, DIO, R19, R20, R12, С7, R14, R13. Сумматор R13, R14 определяет напряжение на инвертирующем входе компаратора (вывод 15). В нормальном режиме оно близко к + 1,5В. Увеличение нагрузки вызывает увеличение тока в транзисторах преобразователя, вследствие чего уменьшается напряжение на конденсаторе С7, а соответственно и на выводе 15. Появление отрицательного напряжения на инвертирующем входе ком паратора приводит к установлению на его выходе уровня логической едини- цы, что, в свою очередь, останавливает преобразователь. PM-230W. Схема защиты источника питания PM-230W (KEY MOUSE ELECTRONICS СО., LTD) относится к тем, в составе которых усилитель ошибки 2 в работе источника питания не участвует (рис. 2.28). Все варианты защиты реализуются через схему управления паузой (вывод 4 U0.1). Рис. 2.27. Схема защиты источников питания формата АТ 68
I ЛАМА Z 4^10 ЦИС'НАЧ! Н ' ГПЛ1.1 и Т W 1 Ч ——I— IT---Т- Г лой схеме цепь защиты от короткого замыкания организована элемен- тами R28, ZD3, R30, R29; защита от превышения напряжения образована элементами ZD2, R27, D21; защита от чрезмерных токов в преобразователе Iостоит из элементов Dll, С12, R14, R13, D13, С16, R25, подключенных ко вторичной обмотке трансформатора СТ. Исполнительной частью схемы яв- ляется триггер на транзисторах Q6, Q7. Появление, например, короткого замыкания в цепи питания +5В приводит I. пробиванию стабилитрона ZD3. В результате чего транзистор Q6 закрыва- ем < я, а транзистор Q7 открывается, вследствие этого к выводу 4 прикладыва- ет ся потенциал источника эталонного напряжения через коллектор-эмиттер оI крытого транзистора Q7 и диод D26. Диод D25 включен для развязки це- пей защиты от короткого замыкания и превышения напряжения питания от транзистора Q7. Через разъем CN1 к основной подключена плата, на которой смонтирована пень медленного запуска преобразователя. Частично эту функцию выполня- ет цепь, состоящая из усилителя U1.2 и транзистора Q2. В момент включе- ния конденсатор С2 разряжен, от источника эталонного напряжения через С2 к выводу 4 поступает высокий уровень напряжения. С течением заряда С2 уровень положительного напряжения уменьшается, а управление дли- тельностью импульсов передается обратной связи. Рис. 2.28. Схема источника питания PM-230W 69
В i<i6 I. 2.10 приведены характеристики транзисторов, имеющих место в схе- мах защиты I «блица 2.10. Характеристики транзисторов схем защиты Транзистор Тип 1 к макс, А И кэмакс, В U кбмах, В Рк, Вт h 213 FrP, МГц Корпус 2РА Г 33 SI-P 0,1 50 60 0,5 90 100 ТО-92 (ТО-266А) .$Сг Si-N 0,1 50 60 0,25 200 250 ТО-92 (ТО-266А) 7NZ222 Si-N 0,8 30 60 0,5 50 300 ТО-18 KSP2907A Si-P 0,6 60 60 0,625 50...75 200 ТО-92 2.2.10. Использование микросхемы КА3511 в качестве основы ШИМ-КОНТРОЛЛЕРА Как уже говорилось выше, современные источники питания системных бло- ков ПК довольно часто основываются на микросхеме КА3511. Среди отли- чительных особенностей данной ИМС по сравнению с рассмотренной выше TL 494 прежде всего следует отметить интеграцию многих функциональных узлов, которые раньше были построены на внешних (дискретных) элемен- тах. Так, в КА3511 включены встроенные схемы защиты от повышенного и пониженного выходных напряжений, формирователь сигнала Power Good и др. Таким образом, все данные функциональные узлы рассматриваются в рамках описания КА3511. Ниже приводится перечень основных характеристик микросхемы, состав- ленный на основе PDF-файлов [...]7: • Работа в двухтактном режиме. • Регулируемая величина «мёртвого» време! 1i1 • Возможность мягкого запуска. • Встроенная схема подавления сдвоенных импулы‘он • Встроенная защита превышения напряжении 3 ЗВ >В 12В • Встроенная защита понижения напряжении 3.3В »В 12В, • Дополнительный переменный канал защип.! (VI ), настраивается разработчиком. • Внешнее включеиие/выключение (PS-ON) • Генератор сигнала Power Good. 7 www.fairchildsemi.com AN-4003 О
Рис. 2.29. Структурная схема микросхемы КА3511 71
• Напряжение питания: 14...30 В. • Типовое значение тока, потребляемого в дежурном режиме: 10 мА. • Выходной втекающий ток каждого выхода: 200 мА. • Рабочий диапазон частот RC-генератора: 2...500 кГц. • Полоса пропускания усилителя ошибки: 650 кГц. • Коэффициент усиления усилителя ошибки: 95 дБ. • Диапазон рабочих температур: -25...+85 °C. Таблица 2.11. Назначение выводов Номер вывода Обозначение Назначение 1 VCC Напряжение питания микросхемы 2 СОМР Выход усилителя ошибки 3 Е/А(-) Вход «-«усилителя ошибки 4 Е/А(+) Вход «+»усилителя ошибки 5 TREM Вход подключения конденсатора схемы задержки вкл/выкл источника по сигналу PS-ON 6 REM Вход сигнала PS-ON 7 RT Вход подключения резистора RC-генератора 8 ст Вход подключения конденсатора RC-генератора 9 DET Вход детектора пониженного напряжения 10 TPG Вход подключения конденсатора схемы задержки сигнала P.G. 11 PG Выход схемы формирования сигнала P.G. 12 Vref Выход источника опорного напряжения 13 V3.3 Вход схемы контроля напряжения +З.ЗВ 14 V5 Вход схемы контроля напряжения +5В 15 V12 Вход схемы контроля напряжения +12В 16 PT Вход схемы внешней защиты 17 TUVP Вход подключения конденсатора схемы защиты от пониже- ния выходных напряжений 18 GND Корпус 19 DTC Вход контроля длительности «паузы» 20 C2 Вывод коллектора выходного транзистора Q1 21 E Вывод эмиттеров выходных транзисторов Q1 и Q2 22 C1 Вывод коллектора выходного транзистора Q2 72
ГлАпа2 ФУНКЦИОНАЛЬНА У'ЛЫИ <Л'М»Н1ЫИ Н1ЧНИК1 II ПИ1АНИ» Пк Принцип действия Микросхема КА7511 начинает функционировать при подаче напряжения ни । 1НИЯ на вывод 1. Если рабочий диапазон питающих напряжений на этом вы и* »д« находится в пределах 14...40 В, то запускаются встроенный генератор И легочник эталонного напряжения. Пнк раюр работает на фиксированной частоте. С этой же частотой на выво- Ь Я формируется пилообразное напряжение амплитудой 3,2В. Частота сле- 4<'1>.|ния «пилы» зависит от двух внешних компонентов: конденсатора Ст и Вис гора RT, подключенных к выводам 8 и 7 соответственно. Приближенно bi ки л генератора определяется по формуле: fr=l,l/(RTCT) м i<। же по графикам зависимости: fr == F(RT) при Ст = const, поеденным на рис. 2.30. Рис. 2.30. Частота генератора как функция времязадающего резистора fr = F(R^ С^) 73
Прохождение сигналов управления Сигналы управления длительностью выходного импульса могут поступать на вход управления «паузой» (вывод 19), вход усилителя сигнала ошибки (4) или вход обратной связи (2). Длительность выходного импульса ШИМ компаратора устанавливается сравнением положительно нарастающего пилообразного напряжения от генератора (выв. 8) с двумя управляющими сигналами, поступающими на неинвертирующие входы соответствующих компараторов (паузы и ошибки). • Выводы 3, 4— входы усилителя ошибки. • Вывод 2 — вход обратной связи. • Вывод 19 — «пауза». На выходе ШИМ-контроллера формируется сигнал высокого уровня, если пилообразное напряжение на инвертирующих входах компараторов превы шает сигналы управления (ОС, пауза). Увеличение величины управляющих сигналов вызывает соответствующее уменьшение длительности выходных импульсов микросхемы. Обратное соотношение сигналов (превышение уровня сигналов управления пилообразного напряжения) исключает нали- чие импульсов на выходах микросхемы. Исключение явления «сквозного» тока Дополнительной мерой исключения явления «сквозного» тока в полумос- товом преобразователе является фиксированное смещение компаратора «паузы» 0,1В. При напряжении пилы, меньшем 0,1В, и нулевом потенциа- ле на выводе 19 на выходе компаратора будет сохраняться нулевой уровень, который соответствует интервалу максимальной длительности выходного импульса и минимальной длительности интервала «пауза», величина кото- рой в этом случае не будет превосходить 4% от периода пилообразного на- пряжения. Максимальная длительность паузы соответствует напряжению, равному +3,ЗВ на выводе 19 микросхемы. Режим «медленного пуска» Наличие режима «медленного пуска» позволяет плавно запустить преоб- разователь в первый момент включения в электрическую сеть. Этот режим запуска считается очень тяжелым режимом работы преобразователя, так как все фильтровые конденсаторы разряжены, в связи с этим режим пуска бли- зок к режиму короткого замыкания. Транзисторы преобразователя до момента окончательного заряда конден- саторов фильтров выпрямителей должны работать в критическом режиме 74
Ъксимальных токов. Обеспечить комфортную работу транзисторов во врг Мя запуска преобразователя до окончания заряда конденсаторов фильтров позволяет регулирование времени «паузы» микросхемы. Время задающей ин 1яется RC-цепь, подключаемая к выводу 19. Заряд конденсатора RC-цепи Осуществляется, как правило, от источника эталона (выв. 12). При этом дли- Ьпыюсть выходных сигналов плавно увеличивается до номинального ре- жима работы выходных транзисторов преобразователя. Усилитель ошибки I манное назначение усилителя ошибки — измерение отклонения выходного напряжения с целью поддержания напряжения на выходе источника пита- Нни на постоянном уровне. В режиме стабилизации модуляция длительнос- 1М иеличины выходных управляющих импульсов осуществляется сигналом И.лите ля ошибки. Выход усилителя соединен с неинвертирующим входом ШИ М-компаратора (рис. 30). Такая архитектура микросхемы (с управлени- ем по цепи обратной связи) позволяет поддерживать напряжения на выходе и» 11>чника питания с минимальным отклонением. Выходной КАСКАД || и выходе компаратора «паузы» формируется импульс положительной по- 1н|Н1оети, если времязадающий конденсатор Су разряжен. Импульс иосту- Ьг г на синхронизирующий вход D-триггера и на входы элементов ИЛ И-НЕ входного драйвера, закрывая выходные транзисторы QI, Q2. В двухтак- • Н'»м режиме транзисторы выходного каскада управляются противофазно. встота переключения каждого транзистора равна половине частоты гене- |и»|()|>а, а ток, протекающий через каждый выходной транзистор, не превы- eci величины 200 мА. А ЩИТА ТРАНЗИСТОРОВ ПОЛУМОСТОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ limirra транзисторов полумостового преобразователя в микросхеме реали- Фныпа на схеме запуска и защиты, осуществляющей контроль за уровнем (ш тающего напряжения. В случае уменьшения предельно допустимого зна- h пня схема отключает опорное напряжение, при этом импульсная после- 1‘'|щтсльность на выходе ШИМ-компаратора прекращается. Информация » У|ювне питающего напряжения подводится на вывод 9 микросхемы. С • • ЧА ЗАЩИТЫ Вйма защиты от превышения выходных напряжений построена на компа- |№н»1>с верхнего уровня. Данный компаратор имеет 4 внешних неинвер- 75
тирующих входа. Напряжения, поступившие на зги входы сравниваются с опорным 1,25 В на инвертирующем входе Выводы 13, 14, 15 предназначены для непосредственного контроля за выходными напряжениями +З.ЗВ, +5Н и +12В соответственно. При этом делители напряжений организованы внут- ри микросхемы и рассчитаны для работы с напряжениями соответствующих уровней. Делитель необходим только в случае использования вывода вне шней защиты (вывод 16). В случае превышения по одному из входов предельного значения напряже ния, компаратор производит отключение импульсной последовательности на выходе ШИМ-компаратора путем воздействия на компаратор време- ни «паузы». Значения напряжений, соответствующих порогу отключения микросхемы, приведены в табл. 2.12. Таблица 2.12. № вывода Условное обозначение Пороговое значение напряжений, В 13 V3.3 4,1 14 V5 6,2 15 V12 14,2 16 PT 1,25 ' ’ В свою очередь, понижение выходных напряжений отслеживает компаратор нижнего уровня. В случае понижения одного из контролируемых напряже- ний до порогового уровня происходит срабатывание компаратора и защел- кивание триггера Шмидта, приводящее к остановке ШИМ-компаратора. Конденсатор, подключенный к выв. 17 позволяет устанавливать постоян- ную времени схемы срабатывания защиты по нижнему уровню выходных напряжений. Это позволяет не реагировать схеме в случае кратковременных провалов напряжений. Значения напряжений, соответствующих порогу от- ключения микросхемы, приведены в табл. 2.13. Таблица 2.13. Значения напряжений, соответствующих порогу отключения микросхемы (по нижнему уровню выходных напряжений) № вывода Условное обозначение Пороговое значение на- пряжений, В 13 V3,3 2,3 14 V5 4,0 15 V12 10 76
Дистанционное включение питания Схема дистанционного включения производит запуск ШИМ-компаратора Ври приходе сигнала PS_ON на вывод 6 микросхемы. Конденсатор, подклю- чи шый к выводу 5, позволяет определить постоянную времени импульса «впуска. Оптимальное значение номинала конденсатора соответствует 0,1 мкФ. Увеличивать это значение в целях сохранения стабильной работы кон- ♦|к • мера не рекомендуется. Схгма формирования сигнала Power Good 1р1Я корректного запуска вычислительной системы компьютера в системной н l ire организована задержка подачи питания на время, пока не закончат- ся переходные процессы в блоке питания и на выходе не установятся но- минальные значения выходных напряжений. С этой целью в блоке питания формируется специальный сигнал Power Good («питание в норме»). Задер- ганный на 0,1...0,5 с сигнал Power Good представляет собой уровень логи- Чп кой единицы (порядка +5В), который предназначен для начальной уста- новки системной платы. Схема формирования сигнала P.G. интегрирована внутрь микросхемы IIIИМ-контроллера. В состав схемы формирователя P.G. входит элементза- игржки — конденсатор, подключаемый к входу TpQ (вывод 10). При вклю- чении источника питания конденсатор разряжен посредством транзистора Ш. входящего в схему сброса сигнала. При наличии всех напряжений, со- ни.егствующих норме, осуществляется заряд конденсатора. Напряжение 11| >нда поступает на инвертирующий вход компаратора сигнала P.G. микро- гнгмы. На второй вход компаратора подается опорное напряжение 1,8 В. Че- мэ время 0,1...0,5 с напряжение заряда на конденсаторе превысит значение ^пирного напряжения, при этом на выводе 11 микросхемы U1 появляется ♦ in пал «питание в норме» P.G. высокого уровня. Н шарийных режимах работы сброс сигнала осуществляется транзистором Q3, управляемым с выхода усилителя элемента 3-ИЛИ микросхемы. Типовая схема включения I ивовая схема включения микросхемы КА3511 в источнике питания пред- • । пилена на рис. 2.31, временные диаграммы — на рис. 2.32. На схеме конден- I и юр С1 и резистор R1 — элементы времязадающей цепи генератора, резис- •ир R2 и конденсатор С2 образуют цепь коррекции усилителей ошибки. С выводов 20 и 22 микросхемы управляющие импульсы поступают в базовые Ш пи транзисторов преобразователей. 77
Рис. 2.31. Типовая схема включения микросхемы КА3511 в источнике питания Напряжение питания +25В подается на вывод питания микросхемы (вывод 1) и на среднюю точку первичной обмотки трансформатора Т1 для питания транзисторов преобразователя^ На неинвертирующий вход усили- теля ошибки (вывод 4) информация о выходных напряжениях источника поступает с делителя R3-R6. При этом стабилизация выходных напряжений достигается методом широтно-импульсного модулирования выходных им- пульсов. Комплексная регулировка выходных напряжений возможна под- стройкой резистора R6. Для защиты от превышения выходных напряжений и от короткого замыка- ния в выходных линиях +З.ЗВ, +5В и +12В предусмотрена схема контроля, интегрированная внутрь микросхемы. Для этого выходные напряжения со всех линий поступают на соответствующие входы микросхемы (выв. 13, 14, 15). Вывод 16, являющийся входом внешней защиты используется, как пра- вило, для реализации схемы защиты по току. Конденсатор С7, подключен- 78
ныи к выводу 17 микросхемы является элементом инерционного звена, поз тлеющего системе нс реагировать на кратковременные провалы выходных Напряжений и импульсов тока. Режим «медленного пуска» образован времязадающей цепью R7, R8, С2. Ипоры напряжения на временных диаграммах рис 2.33 показывают: • а — форму пилообразного напряжения на выводе 8 микросхемы и напряжение обратной связи (вывод 2); • б — импульсная последовательность на синхронизирующем входе Ск D-триггера микросхемы; • в, г — выходные сигналы с прямого (Q) и инверсного (Q) выходов D-триггера микросхемы; • д, е — выходные импульсы микросхемы. •троль за уровнем питающего напряжения осуществляется с делителя L R10, напряжение с которого поступает на вывод 9. При понижении на- мжения на этом выводе до уровня 1,25В схема блокируется. Рекоменду- емые производителем значения резисторов R9=60 кОм, R10=4,7 кОм, что ВсспеЧивает порог срабатывания схемы при снижении питающего напря- < пня 17,2В. Рис. 2.32. Временные диаграммы 79
В|Х’Мя задержки формирования сигнала Power Good задается конденсат ром С5, подключенного к выводу 10 микросхемы. Так, конденсатор емкое тью 2,2 мкФ задает время задержки равным 250 мС. Схема дистанционного включения производит запуск ШИМ-компаратора при приходе сигнала PS ON на вывод 6 микросхемы. Конденсатор С6, под ключенный к выводу 5 позволяет определить постоянную времени импуль са запуска. Оптимальное значение номинала конденсатора соответствует 0,1 мкФ. Увеличивать это значение в целях сохранения стабильной работы кон троллера не рекомендуется. Рис. 2.33. Временные диаграммы 80
Г ЛАЛА .’ ФУНКЦИОНАЛЬНЫ» У »Ло И И МЛ 'И ' )ЧНИ'' НИ V*HkM IIVS 2.2.11. Источник ДЕЖУРНОГО РЕЖИМА Источник дежурного режима является конструктивной особенностью бло Ков питания стандарта АТХ. Данный источник формирует напряжение 45B_SB в выключенном состоянии системного модуля. Устройство чаще Ktero представляет собой однотактный импульсный преобразователь, вы- полненный по схеме блокинг-генератора, который функционирует в авто- Киебательном режиме в течение всего времени замкнутого состояния се- рчюго выключателя блока питания. После выпрямителя сформированное напряжение +5B SB поступает на питание устройства управления дистан- ционным включением блока питания по сигналу PS_ON, управляющего ра- п>I ой ШИМ-контроллера. 1п|мяценная схема автоколебательного блокинг-генератора для обратнохо- Криого преобразователя приведена на рис. 2.34 [3]. Основными элементами Ьокинг-генератора являются транзистор Q и трансформатор Т1. Цепь по- ржительной обратной связи образована вторичной обмоткой трансформа- • । »| >п, конденсатором С и резистором R, ограничивающим ток базы. Резистор Кб ('издает контур разряда конденсатора на этапе закрытого состояния тран- К< гора. Диод D исключает прохождение в нагрузку Rh импульса напряже- ния отрицательной полярности, возникающего при запирании транзистора. Khin., состоящая из диода D1, резистора R1 и конденсатора С1, выполняет функцию защиты транзистора от перенапряжения в коллекторной цепи. Гибога схемы автоколебательного блокинг-генератора поясняется времен- ными диаграммами на рис. 1.35.а...д. При включении питания конденсатор С «ряжен (Uc = 0, момент tj рис. 1.35.а), через транзистор протекает неболь- I bt’il ток базы, приводящий к заряду конденсатора С. Наличие положитель- ^В| обратной связи, образующейся соответствующим включением базовой шЛмогки трансформатора Т1, приводит к лавинообразному процессу увели- Ч1чш । базового и коллекторного токов транзистора Q. Процесс продолжает- • н гак до тех пор, пока транзистор не перейдет в процесс насыщения (момент I, рис. 1.35.а). Рис. 2.34. Принципиальная схема автоколебательного блокинг-генератора 81
Рис. 1.35. Временные диаграммы работы В режиме насыщения происходит уменьшение базового тока ig и рост тока намагничивания iM (рис. 2.35.г), вызванного намагничиванием сердечника трансформатора Т1. В некоторый момент времени tg (рис. 2.35.г) базовый ток уменьшается настолько, что транзистор выходит из режима насыщения и его коллекторный ток iK уменьшается. Действие обратной связи приводит к запиранию транзистора Q. В период закрытого состояния происходит раз- ряд конденсатора С и рассеивание энергии, накопленной в магнитном поле трансформатора Т1. В закрытом состоянии транзистора Q коллекторная об- мотка импульсного трансформатора отключена от источника питания, а его нагрузочная обмотка отключена от сопротивления RH диодом D. Диод D1 относительно напряжения коллекторной обмотки транзистора Q включен в прямом направлении. При этом считается, что ток намагничива- ния переводится из цепи коллектора в демпфирующую цепь DI, Rl, С1, где и происходит рассеивание энергии, накопленной трансформатором Т1. В тот момент, когда при разряде конденсатора напряжение U£3 станет равным нулю, транзистор Q открывается и начинается формирование следующего импульса. 82
( хсма типового преобразователя автогеиераторного типа показана на рис. J36. Во всех схемах преобразователей ключевой транзистор работает в ре- жиме с большими коммутационными перегрузками по току коллектора, ио- кому в автогенераторе используется мощный транзистор. Характеристики транзисторов приведены в табл. 2.14. Для увеличения длительности «пау- №• ключевого транзистора в автоколебательном режиме используется до- ik . тигельный источник отрицательного смещения. Рис. 2.36. Схема вспомогательного преобразователя блока питания DTK < Ъ раничение выбросов управляющего сигнала осуществляется стабилит- роном ZD2, включенным в цепь базы ключевого транзистора Q3. В цепи кмпфирования допустимо использование RC-цепи, включенной в коллек- н >1 тую цепь транзистора, в некоторых случаях демпфирующая RC-цепь ус- илил вливается и в цепи базы ключа. Гиблица 2.14. Основные характеристики транзисторов вспомогательного Ш^об/.юзователя (резистор Тип I kmaxi A U KM8KC1 В U КЭММС» В Рцбл» Вт h 213 Ргр.МГц Корпус Si-N 3 800 1100 50 10..40 15 ТО-220АВ Si-N 3 800 900 50 >10 6 ТО-220 Si-N 3 800 1100 50 10..40 15 ТО-220 Добавить в табл.1.19 Транзистор 2SC3150 (Si-N, 1к=3 A; Uk6o=900 В; ; Рк=40 Вт;/гр= 15 МГц; h21>10; корпус ТО-220АВ;) 83
Надо отметить, что одним из вероятных отказов блоков питания является выход из строя источника дежурного режима. Отсутствие сигнала «PS-ON является прямым следствием неисправности этого узла. Объяснение этому есть. Фирма, в целях максимального уменьшения себестоимости БП или чтобы уложиться в заданные габариты устанавливает в источнике дежур- ного напряжения малогабаритные элементы, которые работают на пределе своих электрических характеристик, а нередко и с их превышением. Ясно, что в результате работы рано или поздно эти элементы выходят из строя. В некоторых случаях компьютер не может запуститься только потому, что не хватает мощности того же источника дежурного режима. В последних версиях формата АТХ ток по цепи +5BSB должен быть не менее 750 мА и может варьироваться в широком диапазоне. Источнику, выполненному по схеме автогенератора, трудно выполнить такую задачу. Здесь совет можег быть только один - меняйте весь блок питания. Один из существенных минусов источников дежурного режима, построен- ного по схеме блокинг-генератора, заключается в зависимости выходного напряжения от частоты работы схемы, которая, в свою очередь, ничем не стабилизируется. Частота задается резонансным контуром, образованным индуктивностью обмотки трансформатора и ёмкостью конденсатора об- ратной связи. Одно время в старых разработках это место занимал* Элект- ролитический конденсатор, у которого ёмкость по определению - величина нестабильная. Усугублял ситуацию тяжелый температурный режим работы источника. Со временем ёмкость конденсатора основательно падала, что приводило к увеличению частоты и выходного напряжения соответственно. В результате наступал момент, когда импульсный стабилизатор полностью выгорал. В блоках питания новых разработок, например FSP Group, источник де- журного напряжения построен как пЬлноценный обратноходовой преоб- разователь (FlyBack) на отдельном контроллере DM3 И (Fairchild) или микросхемах серии TOPSwitch (KA1H0165R KA1H0165RN). Микросхемы представляют собой контроллер обратноходового преобразователя со встро- енным силовым транзистором MOSFET Главное преимущество таких схем по сравнению с блокинг-генераторами - их простота и надежность. 2.2.12. Обратноходовой преобразователь Схема обратноходового преобразователя напряжения (FLYBACK) исполь- зуется там, где максимальная мощность источника не превышает 150-200Вт Такая схема используется практически во всех периферийных устройствах, имеющих питание от сети (принтеры, сканеры, модемы, мониторы) В сов- 84
Глава 2 Функциональны» у »ли и w киты и т »чни* < ю пи । дни и ПК Ьгмснных компьютерных блоках питания FLYBACK используется в схеме Сточника дежурного напряжения. I и новая схема обратноходового преобразователя показана на рис. 2.37а. В нор.п походовых импульсных источниках питания выходное напряжение но |учаются путем выпрямления напряжения, запасенного в трансформато- ре н виде магнитной индукции. Принцип работы обратиоходового преобразователя заключается в следую- щем. На вход импульсного преобразователя (на рисунке это MOSFET Q) Выступают управляющие сигналы Uynp прямоугольной формы с частотой лающего генератора, длительность которых зависит от величины нагруз- м» и изменения входного напряжения сети. ( целью поддержания выходных напряжений постоянной величины в схеме производится модуляция управляющих импульсов регулирующим элемен- том Если при регулировании изменяется как частота, так и длительность импульсов (коэффициент заполнения К = t/T, где t — длительность импуль- п, Г — период повторения импульсов), то реализован принцип частотно- рмпульсной модуляции ЧИМ (VFM — Variable Frequency Modulation). При тиснении только длительности импульсов управления говорят, что осу- |цс< гвляется широтно-импульсная модуляция ШИМ (PWM — Pulse Width Modulation). Момент появления (передний фронт) управляющего сигнала <1 У«’Р определяется началом импульса задающего генератора. а) упрощенная схема Рис. 2.37. Типовой импульсный источник питания 85
..r l|r.n fl »| "1МИ» И 11И1АНИИ | и И П‘Г* >1 ГИИ ▲ Un U off А Uynp +Дт -ди +ди ► t б) временные диаграммы, поясняющие принципы управления по напряжению ошибки Рис. 2.37. Типовой импульсный источник питания Длительность управляющего импульса определяется моментом достижения максимального сигнала датчиком тока порогового уровня, установленным выходом усилителя сигнала рассогласования. В нашем примере датчиком тока является низкоомный резистор R3, включенный в цепь стока транзис- тора Q. Токовым датчиком также может быть датчик Холла или токовый трансформатор. При отсутствии отклонения параметров выходного и вход- ного напряжения от номинальных значений длительность управляющих сигналов соответствует определенной длительности. Контроль за выходным напряжением организуется обратной связью, пост- роенной на оптопаре PH. Оптопара позволяет гальванически развязать вто- ричные цепи источника питания от сети переменного тока. Сигнал, снима- емый с оптопары, пропорционален выходному напряжению и поступает на вход ШИМ-контроллера, где вырабатывается сигнал ошибки UOIU. На осно- вании этого сигнала происходит управление ключевым транзистором. 86
Гл ал a 2 Функциональны узлы и э/жме нгы источником пигания ПК в) временные диаграммы, поясняющие принципы токового управления Рис. 2.37. Типовой импульсный источник питания ВГда ключевой транзистор открыт, через первичную обмотку трансфор- Цйгора протекает ток II, который увеличивается линейно. За счет того, что ныпрямительный диод во вторичной обмотке трансформатора включен Ьп6|>атном направлении, ток через него во время открытого состояния тран- юра не протекает (обратите внимание на указанную в схеме фазировку •норичной обмотки). Таким образом, вся энергия накапливается в сердеч- ник' трансформатора, а не передается во вторичную обмотку, как в случае 87
| 1ГЧ » III > И ~Г прямоходового источника. Трансформатор обратноходового источника в этом случае фактически является накопительным дросселем с вторичной обмоткой. Когда транзистор закрывается, магнитный поток, запасенный в сердечнике трансформатора, начинает уменьшаться. Сброс энергии осуществляется через вторичную обмотку, вызывая при этом ток 12. Этот ток осуществляет заряд фильтрующего конденсатора С5, а также подается в нагрузку. Для того чтобы сброс энергии не повредил транзистор в цепи первичной обмотки, установлены защитные элементы R2, СЗ, D5. На рис. 2.38 показаны формы токов во время открытого и закрытого состояния ключевого транзистора. А 1вкл 1выкл А к А U out Рис. 2.38. Формы сигналов в преобразователе обратноходового типа 88
Глава 2 Функци напьны» у шы и «лгмснгы исч кмиию «к питания ГН I Li рис. 2.37 также показано влияние отклонения напряжения в нагрузке на длительность управляющего импульса при фиксированном значении сигпа iu датчика тока. При отклонении выходного напряжения от номинального значения на величину AU цепь обратной связи изменяет длительность уп- равляющего сигнала на величину At. I («пряжение Uom на выходе усилителя сигнала ошибки определяется срав- нением выходного напряжения с датчика обратной связи Uoc и опорного на- пряжения Uo: Upac —‘ Uo — Uoc. При уменьшении выходного напряжения уменьшается U^, что приводит к «сличению UOUI, а соответственно к увеличению длительности управляю- щего импульса t. Следовательно, выходное напряжение увеличивается, т.к. UBbIX = nUn т/Т, где п — коэффициент трансформации импульсного трансформатора. I ’посмотрим работу цепи управления по идт — сигналу датчика тока при не- ожиданном увеличении тока стока И. При этом в импульсном трансформа- пц>е Т1 происходит накопление дополнительной энергии, которая привела । <ы к пропорциональному увеличению выходного напряжения. Однако увеличение падения напряжения на датчике тока R3 приводит к юму, что достижение порогового уровня происходит по времени раньше мо- мгнта ty, соответствующего заднему фронту управляющего сигнала, что, в с ною очередь, приводит к уменьшению его длительности t (рис. 2.37в) и со- ВПяетственно компенсирует возможное увеличение выходного напряжения. Управление по току носит опережающий характер. ТЬким образом, управление обратноходовым источником питания сводится к следующему. В случае уменьшения входного напряжения или увеличения нагрузки необходимо увеличить длительность открытого состояния тран- н|стора, при этом ток И достигнет большего значения, вызывая больший юк 12 во вторичной обмотке при закрытии транзистора. В случае увеличения входного напряжения или уменьшения нагрузки дли- тельность открытого состояния ключевого транзистора необходимо умень- шить. 89
2.2.13. Выходные выпрямители Общая информация Выходные выпрямители источника питания различают по значению напря- жения выходного канала. Они выполнены по двухтактной схеме и, как уже отмечалось, имеются на UBbIX = +12В, +5В, -12В и -5В. Схема выходного выпрямителя типового источника питания Формата АТХ представлена на рис. 2.39. Напряжения +3,ЗВ и +5B SB формируются отдельными цепями. Выход- ные напряжения после двухполупериодного выпрямителя, обладающего меньшим коэффициентом пульсаций по сравнению с однополупериодным, проходят через обмотки дросселя групповой стабилизации L1. Задача этого дросселя - не дать броскам тока в отдельных шинах воздействовать на из- менение напряжения по остальным шинам. Кроме этого, дроссель осущест- Рис. 2.39. Высокочастотный выпрямитель источника питания PM-230W 90
Глада 2 Функциональны!' у <лн и iuhmi н»ы испянммо» питании i ik hjiHcr преднарительпук) фильт|хщию выпрямленного напряжения После др< сселя групповой стабилизации напряжения проходят фильтрацию через фи пиры нижних частот. Фильтры выполнены на индуктивностях (L3, L4) конденсаторах (С19, С20, С21, С22 и С25). Включение последовательных цепочек R9, СЮ и R10, СИ параллельно обмоткам трансформаторов Бяоляет уменьшить интенсивность помех, создаваемых источником. Воз- Ьжность значительного повышения напряжения на выходе выпрямителя при отключенной нагрузке устраняется резисторами R31, R32, R33, R34. следствие высокой частоты работы преобразователя объясняется исполь- •опание специальных элементов, допускающих работу при повышенных Мне то гах и температурах. Так, по линии +3,ЗВ в качестве выпрямительных используются диоды Шоттки, обладающие малым падением напряжения при протекании больших токов в прямом направлении, и конденсаторы с мн нами потерями, допускающими работу при высоких температурах. 11<э лилии +12В используются быстродействующие диоды, поскольку дио- п.1 Шоттки с большим значением обратного напряжения достаточно дороги. Одним из распространённых отказов дешевых источников является пробой । иодных выпрямителей и фильтрующих конденсаторов. Как правило, это Вязано с экономией производителем на дорогих быстродействующих диод- ных сборках. Вместо них устанавливаются диоды, рассчитанные на меньшие |икн, чем указанные на этикетке источника. Конденсаторы в таких блоках устанавливаются с рабочей температурой *С, Суровые температурные условия работы источников значительно пылают ресурс таких элементов. Необходимым условием надежной ра- Ли ы схемы является использование конденсаторов с рабочей температурой и» менее 105 °C. выпрямитель +3,ЗВ источников питания может быть исполнен по схеме Йсглсдовательного компенсационного стабилизатора напряжения, как, на- пример, в PM-230W. Стабилизация выходных напряжений < Мним из показателей стабильной работы источника питания является ста- ни п.ность выходных напряжений при изменении тока нагрузки в заданном и этого источника диапазоне. Причем эти напряжения должны быть ста- Иьными при изменении нагрузки не только по одной из шин, в случае не- I ко гьких выходных напряжений, но и при различной комбинации нагрузок 1И। «сем шинам остальных выходных напряжений одновременно. В случае компьютерных блоков питания выходные напряжения имеют следующие нычения: +12В, +5В, +3,ЗВ, -5В, -12В и +5B_SB
С точки зрения идеальной работы источника каждое выходное напряжение должно быть стабилизировано отдельным стабилизатором. В импульсных источниках стабилизация напряжения организуется путем введения об ратной связи. В этом случае отклонение выходного напряжения от помп нального значения ведет к изменению длительности открытого состояния силовых транзисторов полумостового преобразователя. Так увеличение па грузки и соответствующее уменьшение выходного напряжения приведет к увеличению длительности открытого состояния транзисторов и увеличению энергии, передаваемой через трансформатор в нагрузку, что, в свою очередь, приведет к увеличению просевшего напряжения на выходе. Такой же метод должен использоваться и в нашем случае. Однако мы имеем пять выходных напряжений, снимаемых с одного трансформатора (+5BSB вырабатывает- ся отдельным источником со своим трансформатором). Организация обратной связи только по одной из шин приведет к тому, что ШИМ, отрабатывая просевшее напряжение по этой шине, увеличит напря- жения по шинам остальных выходов. Поэтому на практике стабилизация производится по наиболее сильноточным выходам. В нашем случае сигнал обратной связи снимается по линиям +12В и +5В с резистивного делителя R42, R43, R44. В результате стабилизация происходит не по одному напря- жению, а по двум, что обеспечивает приемлемую работу всего блокащита- ния при различном распределении величины нагрузки между двумя этими линиями. Между тем выходные напряжения остальных шин также должны быть ста- билизированы. Шины -12В и -5В имеют, как правило, отдельные линейные стабилизаторы, поскольку эти цепи достаточно слаботочные и низкий КПД данных стабилизаторов не внесёт существенного спада КПД всего источни- ка. Надо отметить, что напряжение -5В в современных источниках вообще не требуется. Напряжение +3,ЗВ формируется отдельным компенсационным стабилиза- тором напряжения на так называемом насыщаемом дросселе. Стабилизато- ры такого типа имеют неплохой КПД и достаточно высокие стабилизаци- онные характеристики. При этом используются обмотки трансформатора, которые используются в формировании напряжения +5В. Ещё один способ стабилизации напряжений отдельных шин — это включе- ние дросселя групповой стабилизации. Дроссель групповой стабилизации имеет несколько обмоток, и его конструкция устроена так, что если через одну из обмоток происходит увеличение тока, то в других обмотках наво- дится ЭДС, которое вычитается из выходных напряжений шины, подклю- ченных к остальным обмоткам. В результате изменение нагрузки в одной из линий не приводит к скачкам напряжения на остальных шинах. 92
ГЛАЛА 2 ' I >VH« ЦИОНАЛ» НЫ< У 1ДЫ И • >11 М» Н' Iu Ht* 1 ЧНИ* । н ПИ1АН' « I |b |Uc перечисленные меры позволяют обеспечить стабилизацию нанряжс нпи в заданных стандартом допусках. Однако одним из существенных не ОСзал ков большинства компьютерных источников питания остается пере ев и выходных напряжений. Здесь две причины. Либо это не самая лучшая |ы «работка, либо неправильная эксплуатация источника. Причем оба случая ннолне возможно отнести для экземпляров любой ценовой категории. Так, но результатам тестов компьютерных блоков питания, размещенных на сай- ie www.fcenter.ru, приводятся две модели: PowerMan FSP300-60BT (99$) и \ Lltronics АТХ-1125ВТА (141$). Если PowerMan ещё укладывается в до- Йуски напряжения по шине 3,3В (для испытуемого экземпляра отклонение । > и тавило 9%), то для Addtronics отклонение в 23% не соответствует ника- пн м стандартам. Что касается эксплуатации, блок питания должен подбираться к конкретной конфигурации системного блока. Ясно, что если нагрузка на блок распреде- лятся не так, как предполагали разработчики, то перекос напряжений нам цбнч’печен. Это касается, как правило, шин питания +5В и +12В. В случае пцктрузки по одной из этих шин напряжение на ней просядет, в то время к па остальных шинах напряжение вырастет. Существующая в этом слу- м* общая регулировка напряжений результата не даст по той причине, что hii.i связана с изменением работы ШИМ-формирователя. В результате, уве- шчивая просевшее напряжение на одной шине, мы дополнительно увеличи- Мсм напряжения по остальным шинам. Н ю же время на рынке представлены источники, имеющие в своем составе Ьиздильную регулировку напряжений по шинам +3,3B, +5В и +12В, но от- носится это к экземплярам высокой ценовой категории (OCZ, Antec). Это 11 ало возможным в результате установки цо этим шинам стабилизаторов, ли «логичных тому, что установлен по выходу +3,ЗВ. I (а (* габильную работу блока и возможность противостоять отдельным брос- ким тока (например, в момент раскрутки диска) влияет ёмкость фильтрую- щих конденсаторов и наличие дросселей. Уменьшение ёмкости конденсато- рпи (с течением времени, если температурный режим превышен или если Илпачально установлены более дешёвые) приводит к провалам напряжения В момент увеличения потребляемой мощности по этой шине. А отсутствие цх)сселей, что очень характерно для дешёвых источников, увеличивает раз- мах высокочастотных пульсаций, шумов. 93

Глава 3 Схемы и детальное рассмотрение источников питания системных блоков ПК
В разделе представлено описание принципиальных схем источников пита ния формата АТХ. Главным элементом схем является полумостовой преоб разователь. В основе работы преобразователей данного типа используется двухтактный режим. Этот режим характеризуется меньшими значениями предельных электрических параметров характеристик силовых трандасто ров: • максимальное значение тока через открытый силовой транзистор; • максимальное обратное напряжение транзисторов. Стабилизация выходных параметров источника осуществляется изменени ем широтно-импульсной модуляции управляющих сигналов, реализуемой микросхемами специального назначения, так называемыми ШИМ-контрол лерами Материал включает не только описание принципиальных схем источников, но и их конструктивные особенности. 3.1. Показательное исследование современного источника питания ПК (типа АТХ) на примере FSP145-60SP 3.1.1. Общая схема и описание Источник FSP145-60SP компании FSP GROUP является типовым для дан- 96
Глава 3 Oi мы и дплльн. к массмслргнит—* г 'win* ----------- нош класса, сиг гои г из еле ivionuix элементов: I* выпрямителя напряжения сети; • । фсобразоватсля; • элементов цепи запуска преобразователя, стабилизации и защиты; • выпрямителя импульсного напряжения; • источника дежурного напряжения. Основные параметры Входное напряжение (ток)...................115 В (7А)/230 В (4 А). Частота............................. 50/60 Гц. Выходной ток в каналах источника. +3,ЗВ .0,2.ЛОА; +5 В 10...18А; +12В.... 4,2А; 4-5 B SB 0,8 А; -5 В..0.2 А; -12 В 0,3 А. 1НАЧЕНИЕ И СОСТАВ ЦЕПЕЙ Функциональное назначение Состав Заградительный фильтр FL1.FL2, СХ2 Сетевой выпрямитель с фильтром BD2, С1.С2, R2, R3, М1.М2 Источник дежурного режима Q3, IC1, IC2, ТЗ, D1, D2, D5, R4, R12, R17..R20, 2R2, С8, С11.С27, С28 1 4 / Полумостовой преобразователь Q1, Q2, D3, D4, D6, D7, R5..R10, R35, СЗ..С6, Т1, Т2 Каскад управления Q1, Q2, D1..D4, R8..R11.C1 1 ШИМ-контроллер U1,R1,R2, С2,С4 Цепь «медленного запуска» С8, R6, R7 Питание ШИМ-контроллера D12, D13, С7 1 Элементы токовой защиты D9, D10, D11, D16, S1, С11, С29, R5, R13..R15, R22, R23. R37, VR3 * Выпрямитель 4-12 В BD4, L1.C50, R27 Выпрямитель минус 12 В D14, D15, L1, L6, С13, С51, IC4 Выпрямитель 4-5 В BD3, L1.L5, С52, С53, R26 Выпрямитель минус 5 В D14, D15, L1, L6, С13, С51, С52, IC3 Выпрямитель 4-3,3 В BD2, D17. D18, Q4, IC5, L2, L4, R32..R34, VR2, С21,С53, С54 Выпрямитель 4-5 B_SB D8.L7, L8, С9,С10, СЗО, R21 4 Так 1021 97
C< HVI М» НИМ И1 1< 1ЧНИКИ ПИ1ЛНИЯ ПК И ГН ГИФ1 РИИ 100-120/200-240V 7/4А 60/50HZ Рис. 3.1. Принципиальная схема FSP145-60 SP 98
ГлA«A 3 Cxi МЫ И Д| ГАЛ» W)t IW • MOTPt НИ» И1 Л' нников питания системных »»локов ПК 99
Входные цепи Для защиты входных цепей источника питания на печатной плате уставов лен предохранитель F1. Заградительный фильтр импульсных помех обра .зован конденсаторами СХ2, дросселем FL1, FL2. Напряжение первичной электрической сети поступает далее на выпрямитель BD2, выполненный из диодной сборке. Полупериоды выпрямленного напряжения сглаживаются конденсаторами Cl, С2. Резисторы R3, R2, подключенные к Cl, С2 парад* лельно, симметрируют напряжение на конденсаторах, а также создают цепь их разряда при выключении источника питания. Варисторы М1и М2 защи щают конденсаторы от высоковольтных всплесков. Переключатель SWI обеспечивает функционирование источника питания как в сети 115 В, так и в сети 230 В. Источник питания режима «готовность» (Standby) Источник питания режима «готовность» предназначен для создания началь- ного напряжения питания при запуске ШИМ-контроллера и выдаче напря жения питания на системную плату, когда компьютер находится в «спящем • режиме. Этот источник состоит из однотактного преобразователя (FlyBack), подключенного к выпрямителю первичной сети, и стабилизатора вторично го напряжения. Преобразователь выполнен на микросхеме серии TOPSwitch типа KA1H0165R. Микросхемы представляет собой контроллер обратноходовою преобразователя со встроенным силовым транзистором MOSFET. При на личии на ее выводе 3 напряжения питания запускается внутренний ШИМ контроллер, управляющий силовым транзистором MOSFET. Сток (Drain) этого транзистора (вывод 2) подключен к нижнему выводу силового транс- форматора ТЗ. В трансформаторе происходит процесс накопления энергии, в результате которого в обмотках ТЗ наводятся ЭДС. Через резистор 2R2 и диод D5 происходит самоподпитка микросхемы. Демпфирующая цепь пост - роена на диодах: D1 типа TRANSIT и D2. Цепь обратной связи организована на оптопаре IC1. Стабилизация произво- дится по цепи +5B_SB на регулируемом стабилизаторе IC2 типа КА431. П РЕОБРАЗОВАТЕЛ Ь Активными элементами преобразователя полумостового типа являются транзисторы QI, Q2. Второе плечо моста образуют выпрямительные кон- денсаторы Cl, С2. Защита преобразователя от «сквозных токов» создается наличием «мертвой зоны» между управляющими импульсами микросхемы 100
Г ЛАПА 3 Cxt МЫ И ДИАЛ1.Ю 1А<.< МОТР1НИ1 ИОНИИ >B ПИ1АНИЯ I И( Г| МИЫХ I IV ГИ ]( 1. В диагональ моста включена рабочая обмотка трансформатора 11 через тзделительпый конденсатор СЗ, устраняющий нежелательное несиммет- ричное подмагничивание рабочей обмотки трансформатора. Резистор R35 конденсатор С6 шунтируют рабочую обмотку Т1 для демпфирования па- Мзитпых колебаний. Режим работы транзисторов преобразователя задается Р- чюторами R9, R10. Элементы С4, С5, D6, D7, R5. R8 предназначены для корсния переходных процессов при переключениях транзисторов. ШИМ-КОНТРОЛЛЕР И КАСКАД УПРАВЛЕНИЯ III11 М-контроллер и каскад управления в данном источнике смонтированы П отдельной печатной плате. Напряжение питания микросхемы U1 (вывод I) поступает от выпрямителя D12 источника дежурного режима. После по- дачи питания на выводе 12 появляется напряжение внутреннего источника упорного напряжения микросхемы, равное +5В, запускается задающий ге- и< p. iTop и на выводе 8 присутствует пилообразное напряжение. Конденсатор ^4 и резистор R2 являются элементами времязадающей цепи генератора. На и.Iводах 22, 21 микросхемы U1 появляются импульсные последовательнос- гп. поступающие на транзисторы каскада управления. Каскад управления состоит из ключевых транзисторов Qll, Q12, резисто- R8, R9, RIO, R11 и цепи DI, D2, С1, задающих их режим работы. Диоды |)3, D4 — рекуперационные. Нагрузкой каскада управления является транс- |и»рматор Т2. Ц| ПИ СТАБИЛИЗАЦИИ И ЗАЩИТЫ Стабилизация выходных напряжений достигается методом широтно-им- Иульсного модулирования выходных импульсов Для этого выходные напря- жения +3,ЗВ, +5 В и +12 В с сумматора R16, R26, R25. VR1, R24 поступают В вход 4 усилителя ошибки микросхемы U1 Элементы С2, R3 — частотно- Ш’рректирующая цепь усилителя ошибки. ( выхода усилителя сигнал, пропорциональный напряжению ошибки, пос- f у паст на широтно-импульсный модулятор для формирования на выводах Л), 22 микросхемы U1 управляющих последовательностей. Зашита преобразователя от превышения выходных напряжений и от корот- замыкания в выходных линиях +3,3B, +5В и +12В предусмотрена схе- ма контроля, интегрированная внутри микросхемы. Для этого выходные на- til -нжения со всех линий поступают на соответствующие входы микросхемы I кын 13,14,15). К выводу 16 микросхемы подключена цепь защиты преоб- Р ювателя по току. Конденсатор С7, подключенный к выводу 17 микросхс- 101
мы, зад;ют постоянную времени инерционною звена, ч го позволяет системе не реагировать на кратковременные провалы выходных напряжений. Дистанционное управление преобразователем Дистанционное управление ИП осуществляется сигналом PSON. Сигнал поступает непосредственно на вход REM (вывод 6) микросхемы. При вы соком уровне сигнала блокируется компаратор «пауза» и преобразователь останавливается, а на выводах 20,22 ИМС импульсы будут отсутствовать. В случае подачи сигнала PSON низкого уровня действие компаратора «пау- за» прекращается и на выводах 20,22 появятся импульсы. Формирователь сигнала «питание в норме» Схема формирования сигнала P.G. интегрирована внутрь микросхемы ШИМ-контроллера. В состав схемы формирователя P.G. входит элемент за держки — конденсатор С5. При включении источника питания конденсатор С5 разряжен. При наличии всех напряжений, соответствующих норме, осуществляется заряд конденсатора С5. Через время 0,1...0,5 с напряжение заряда на КЬнден саторе С5 превысит значение опорного напряжения, при этом на выводе 11 микросхемы U1 появляется сигнал «питание в норме» P.G. высокого уров- ня. Выходные выпрямители Диодная сборка BD4 обеспечивает получение выходного напряжения +12В Элементы LI, С50 образуют сглаживающий фильтр этого напряжения Вы- ходное напряжение +5 В формируется диодной сборкой BD3. Сглаживаю- щий фильтр образован элементами LI, L5, С51, С52. Отрицательные напря- жения -5В и -12В организовываются интегральными стабилизаторами IC3, IC4 соответственно, подключенных к выпрямителю D14, D15. Дроссель L6 и конденсаторы С12, С13 составляют сглаживающие фильтры источников. Источник питания +3,ЗВ выполнен на элементах IC5, Q4. В качестве вы- прямителя используется диодная сборка BD2. Роль регулирующего элемен- та выполняет транзистор Q4. Выходное напряжение источника измеряется потенциометром VR2. Конденсатор С21 предназначен для повышения ус- тойчивости стабилизатора при переходных процессах. Резисторы R32, R26, R27 являются нагрузками холостого хода источников +3,3 В, +5 В, +12 В, соответственно. 102
Глава 3 Сх» мы и д| 1алыюг рас м пнни« и* i мни»' -н питании • и» । мимх г. л» .ц iif 3.1.2. Типовые неисправности Отсутствуют все выходные напряжения Проверяется предохранитель F1, дроссели FL1, FL2. Проверяется напряже- ние на Cl, С2. При отсутствии напряжения +310В проверяется целостность •одного моста BD2, а также конденсаторы Cl, С2. При наличии напряже- ны*! •310 В проверить исправность элементов преобразователя — транзис- *'|'Ы QI, Q2, разделительной емкости СЗ, демпфирующей цепи R35, С6. ' 11 оперить исправность цепей токовой защиты. Проверить исправность ши дистанционного управления источником, соединив корпус с проводом .ON. Отсутствует напряжение +5 B_SB 111«сверить исправность демпферной цепи DI, D2, микросхемы 1С1, стаби- < м гора IC2, микросхемы Q3. Отсутствуют некоторые выходные напряжения. 111 оперить целостность обмоток Т1, исправность выпрямителей BD2, BD3, ||||>4, конденсаторов С50, С51, С52, С12, С13, дросселей LI, L2, L4, L5, L6. 11 in* отсутствии напряжения +3,ЗВ проверить исправность параметрическо- № г I абилизатора IC5 и Q4. При исправности элементов выпрямителя найти in in правность в нагрузке. hl । ВЫХОДНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ОТЛИЧАЮТСЯ ОТ НОМИНАЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН Промеряется исправность источника питания микросхемы U1 (вывод 1) Bl2, С7, D13. Проверяется исправность источника питания опорного на- Ьвжения +5В на выводе 12 микросхемы. Проверяется работоспособность ййющего генератора. С помощью осциллографа контролируется «пила» амплитудой 3,2В. Исправность цепей регулирования микросхемы произво- В|тся путем соединения выводов 4 и 18 U1, а затем 16 и 18, и контроля на »*.*водах 20,22 импульсов максимальной длительности. Если сигналы конт- Влируются, то U1 исправна, неисправность следует искать среди элементов |<-I m i ной связи и защиты. С^АЬАТЫВАЕТ ЗАЩИТА ПО ТОКУ Н|ю|*еряется исправность элементов токовой защиты D9, DIO, Dll, D16, S1, С'11, С29, R5, R13..R15, R22, R23, R37, VR3 Определить наличие короткого Смыкания в одном из каналов выходного напряжения. Отсутствует сигнал «питание в норме» 11| оперить исправность цепи формирования сигнала P.G. — конденсатора (В, юз
3.2. Характерные примеры источников питания ПК типа АТХ (схемы, описание, обзор) Источник ZENDOM модели ZP0506 состоит из следующих элементов: выпрямителя напряжения сети, преобразователя, каскада управления, ШИМ-контроллера, элементов цепи запуска, стабилизации и защиты, формирователя сигнала P.G., выпрямителя импульсного напряжения Основные параметры Входное напряжение............... 230 В (115 В). Частота...............................50/60 Гц. Входной ток........................... 3 А (6 А). Выходной ток в канале источника: +5 В.....20 А; +12 В.....10 А; -5 В.....0,5 А; -12 В.....0,5 А. Назначение и состав цепей Функциональное назначение Состав Заградительный фильтр T1.THR.C1.C2, СЗ.С4 Сетевой выпрямитель с фильтром BD1, R1, R2, С5, С6 Полумостовой преобразователь 01, 02, D1, 02, R3, R4, R5, R6, R7, R8, СЙ, 09, С7 Каскад управления 03,04,07, D8,09, Di6[di‘i, С11, R13, Й14, А15" R24 ШИМ-контроллер 1C1.R28, С23, R22.C18 Цепь «медленного запуска» R32, C21.R29 Питание ШИМ-контроллера D12, С12, R17 Элементы цепи защиты от короткого замыкания на выходе выпрямителя IC2, Q5, Q6, D18, R34, R35, R36, R37.R38, R39, R40, R53 Элементы цепи защиты от повышенных токов в преобразователе Т2, R9, R10, R11, D5, D6, С13, R18 Формирователь сигнала P.G. IC2, R43, С31.С24, R47 Выпрямитель +12 В D17, L5.1.L2, С28 Выпрямитель -12 В D15, D16, L5.4, L3, D20, С29 Выпрямитель +5 В D22, R20, С16, R21, С17, L5.2, L1, С26, С27, R37 Выпрямитель - 5 В D13.D14, L5.3, L4, СЗО Выпрямитель напряжения сети Напряжение электрической сети переменного тока через сетевой вы к лючатель передней панели, плавкую вставку FUSE, дроссель Т1, термис тор TRH поступает на выпрямитель BD1. Элементы Tl, С1...С4 образую! заградительный фильтр импульсных помех, создаваемых источником пи тания для бытовой электронной аппаратуры. Диодная сборка BD1 являет ся мостовым выпрямителем напряжения сети, на выходе которого осущс ствляется фильтрация пульсаций последовательно соединенными сглаживающими конденсаторами С5, С6. Такое включение конденсаторов необходимо, как для работы полумостового преобразователя, так и способ ствует понижению допустимого значения рабочего напряжения конденса торов фильтра, а следовательно, и уменьшению их габаритов.
Глава 3. Cxi мы и д» талыю! га»м- hr ни» иск *uw »н пи1ания и« и мных ».лок- ?н ПК Принципиальная схема источника питания ZENDOM ZP0506 105
CotlPI MfHHhW ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ПК И П< РИЧИ РИИ В рабочем режиме на положительной обкладке конденсатора С5 напри жение +310 В. Резисторы Rl, R2 образуют цепь разряда конденсаторов С5, С6 при выключении источника питания. Переключатель SW1, подключен ный к точкам А и В, соединяет один из выводов переменного напряжения со средней точкой конденсаторов С5, С6. Такое включение представляш собой схему удвоения напряжения, которая должна использоваться при питании от источника переменного напряжения 115 В. В этом случае на положительной обкладке конденсатора С5 обеспечивается равенство вып рямленного напряжения значению +310 В, как и в сети 220 В. Преобразователь Двухтактный преобразователь полумостового типа составляет основу силовой части принципиальной схемы. Силовыми элементами преобразо вателя являются транзисторы QI, Q2 типа 2SC3039, диоды DI, D2 образу ют цепь протекания обратного тока в преобразователе. Вторая половина моста формируется конденсаторами С5, С6, представляющими делитель выпрямленного напряжения. В диагональ моста включена первичная об мотка трансформатора Т4. Для исключения возможного несимметричного подмагничивания трансформатора Т4, что может иметь место при переход- ных процессах в преобразователе, применяется разделительный конденса- тор С7. Режим работы транзисторов задается элементами R3, R4, R6, R7. Управляющие импульсы на транзисторы преобразователя поступают через трансформатор ТЗ. Но запуск преобразователя происходит в автоко- лебательном режиме. При открытом транзисторе Q1 ток протекает по цепи. +U(BD1) 01 (к-э) -> ТЗ -> Т4 Т2 -> С7 -+ С6 -> ~U(BD1). В случае открытого транзистора Q2 ток протекает по цепи: +U (BD1) -» С5 -> С7 -» Т2 -» Т4 ТЗ -> 02 (к-э) -> -U (BD1). После запуска на преобразователь в базовые цепи транзисторов QI, Q2 поступают управляющие импульсы через переходные конденсаторы С8, С9 и ограничительные резисторы R3, R6. Режекторная цепь R12, С10 предот вращает проникновение импульсных помех в переменную электрическую сеть. Диоды D3 и резистор R5 образуют цепь разряда конденсатора С8, а D4 и R8 — цепь разряда С9. При протекании тока через первичную об- мотку трансформатора Т4 в нем происходит процесс накопления энергии, передача этой энергии во вторичные цепи источника питания и заряд кон- денсаторов С5, С6. Установившийся режим работы преобразователя нач- нется после того, как суммарное напряжение на конденсаторах С5, С6 достигнет величины +310 В. На микросхеме IC1 (вывод 12) появится пи- тание +25 В от источника, выполненном на элементах D12, С12, R17. Каскад управления В каскаде управления используются транзисторы Q3, Q4. Нагруз- кой каскада являются полуобмотки wl, w2 трансформатора ТЗ, в точ-
Глава 3 Cxi мы и дилльно! >а< m-iuhhi и- ' чни»"П11 iahhhut н»»г». .............. ку соединения которых, через элементы R13, D8, поступает питание схемы. Режим работы транзисторов Q3 и Q4 задается резисторами R15, R24 и R14, соответственно. Управление транзисторами схемы осуще- ствляется выходными импульсами микросхемы IC1 ШИМ-формирова- теля. Под воздействием управляющих импульсов один из транзисто- ров каскада, например, Q3, открывается, а второй, Q4, соответственно, закрывается. Надежное запирание транзисторов осуществляется цепоч- кой DIO, D11, СИ. Рассмотрим это. Пусть ток протекает, например, через открытый транзистор Q3, по цепи: +25 В -> R13 -+ D8-+ Т2 (w1) -» ОЗ(к-э) -+ D11, D10 -+ корпус. В эмиттере транзистора Q3 формируется падение напряжения пример- но + 1,6 В, что является достаточным для запирания транзистора Q4. Наличие конденсатора СП способствует поддержанию запирающего по- тенциала во время «паузы». Диоды D7, D9 предназначены для рассеива- ния магнитной энергии, накопленной полуобмотками трансформатора ТЗ. Ш И М - контрол л ер ШИМ-контроллер источника выполнен на микросхеме IR3MO2 (Sharp), являющейся аналогом TL494, и предназначен для формирова- ния импульсных последовательностей, управляющих полумостовым преобразователем. Конденсатор С23 и резистор R28 — элементы вре- мязадающей цепи генератора, резистор R22 и конденсатор С18 обра- зуют цепь коррекции усилителя ошибки 1. Для реализации двухтактного режима работы преобразователя вход управления выходными каскадами (вывод 13) соединен с источником эталонного напряжения (вывод 14). С выводов 8 и И микросхемы управляющие импульсы поступают в базовые цепи транзисторов пре- образователей. Напряжение питания микросхемы и транзисторов кас- када управления +25 В поступает на вывод 12 IC1 и на среднюю точку первичной обмотки трансформатора ТЗ. Режим «медленного пуска» реализован последовательным соедине- нием элементов R32, С21 и R29 так, что положительная обкладка кон- денсатора С21 через R32 подключена к выходу источника эталонного напряжения (вывод 14). Убывающий по величине ток заряда С21 со- здает на R29 уменьшающееся падение напряжения, что приводит к увеличению длительности выходных импульсов (выводы 8, И IC1). Цепи стабилизации и защиты Длительность управляющих последовательностей ШИМ-контроллера (выводы 8, 11 IC1) в установившемся режиме определяется сигналами обратной связи и пилообразным напряжением задающего генератора. Рассмотрим процесс формирования управляющих последовательностей.
ЬОИН Mf ншш ИС 1 ОЧНИКИ ПИ1АНИМ ПК И til 1МФ1.НИИ Опорное напряжение от источника эталона (вывод 14 ICI) поступи ст на инвертирующий вход усилителя ошибки 1 (вывод 2 IC1) через резистор R30. На его второй вход (вывод 1 IC1) приходит информаци онное напряжение источников +5 В и +12 В через сумматор R33, R25, R26, R31, VR1. Таким образом, на выходе усилителя ошибки 1 (вывод 3 IC1), формируется информация об отклонении выходных напряжений от номинальных значений в виде медленно изменяющегося напряжения. Ошибка, сформированная услителем 1, далее поступает на неинвер тирующий вход компаратора ошибки (см. рис. 1.13). От задающего ге нератора на второй вход компаратора ошибки поступает пилообразное напряжение амплитудой 3,2 В, образованное процессами заряда-раз ряда конденсатора С23 (вывод 5). Длительность выходного импульса будет определяться интервалом времени, в течение которого «пила» превышает напряжение обратной связи. Далее из этих сигналов ши- ротно-импульсным модулятором (ШИМ) формируется напряжение, управляющее выходными каскадами (см. рис. 1.13). Повышенная нагрузка источника питания может привести к протека- нию тока, способного вызвать аварийный режим работы транзисторов преобразователя. Защита транзисторов преобразователя от такого чрезмер- ного тока осуществляется цепью R9, D5, D6, подключенной ко вторич- ной обмотке согласующего трансформатора Т2. Информационный сигнал о наличии перегрузки от этой цепи в виде отрицательного напряжения с делителя RIO, Rll, С13, R18 поступает на инвертирующий вход (вывод 15 IC1) усилителя ошибки 2. Начальное смещение на этом входе создает- ся резистором R23, подключенном к источнику +5 В. Усилитель ошибки 2 включен компаратором с нулевым опорным (вывод 16 IC1), при этом в условиях нормального функционирования источника питания на выходе компаратора устанавливается уровень логического нуля. При повышенном токе через транзисторы преобра- зователя на инвертирующем входе компаратора начинает преобладать отрицательное напряжение, и в некоторый момент времени, компара- тор переключится в противоположное, единичное состояние, запретив формирование импульсной последовательности на выходе ШИМ. Регулирование длительности выходных импульсов ШИМ-контрол- лера в этой схеме возможно также путем управления по входу «пауза» (вывод 4 IC1). Кроме цепи «медленного запуска» R32, С21, R29. функционирущей в период подачи питания на микросхему, управле- ние по этому входу в переходных режимах осуществляется цепью R16, R27, С22, D18. При этом заряд конденсатора С22 происходит по цепи: +25 В -> R16 -> R27 -> С22 -> корпус. В процессе убывания зарядного тока конденсатора С22 уменьшается потенциал на выводе 4 микросхемы за счет уменьшения падения напря-
Г ЛАЖА 3 ' XI Ми И Д| 1 ЛЬН ' РАССМ< Tn НИ< ИС'ОЧНИКОН ПИТАНИИ ИСЧМНЫХ МП Ж' и ПК Кения на резисторе R29, увеличивая, соответственно, длительность уп I являющих импульсов. При колебаниях напряжения +25 В будет проис- ходит ь разряд конденсатора С22 через резистор R29, уменьшая напряже- ние выводе 4 и регулируя тем самым длительность выходных импульсов. Цепь защиты ШИМ-формирователя от короткого замыкания выпол- нена на транзисторных каскадах Q5, Q6, подключенных к источнику минус 5 В. В состоянии нормального функционирования транзистор < )(> закрыт отрицательным напряжением от источника минус 5 В, че- •ет резистор R40, a Q5 — открыт. Конденсатор С22 разряжен через от- крытый транзистор Q5. Наличие короткого в канале -5 В приводит к Отпиранию транзистора Q6 и запиранию транзистора Q5. При этом напряжение конденсатора С22 через диод D18 полностью приклады- вается ко входу управления паузой (вывод 4 IC1). В этом случае сиг- налы управления транзисторами Q3, Q4 на выходах ШИМ-контролле- ра (вывод 8, 11) будут отсутствовать. Формирователь сигнала P.G. Сигнал P.G. представляет собой постоянное напряжение уровня ♦ 4,5 В, формирующийся при появлении выходных напряжений источ- ника. При этом на инвертирующий вход компаратора IC2.4 (вывод 10) от источника эталонного напряжения поступает опорное на- пряжение. Если напряжение выходных источников в норме, то по цепи: +5 В -> R52 -> R43 -> С31 -> корпус <ч уществляется заряд С31. Со вторичной обмотки трансформатора Т4 информация о вторичных напряжениях с выпрямителя D23, R49, С32 станавливает компаратор IC2.3 в единичное состояние, при этом через резистор R43 заряжается конденсатор С31. На неинвертирую- иий вход компаратора IC2.4 (вывод 11) поступает сумма напряжений: В>тал, источника +5 В. При нормальном функционировании источ- ника питания на выходе компаратора IC2.4 (вывод 13) устанавлива- ется единичный уровень. Выпрямители импульсного напряжения Выпрямители импульсного напряжения вторичных источников питания выполнены по двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой. Выпрямитель +5 В выполнен на диоде D22. Пульсации выходного напряжения сглаживаются фильтром на элементах L5.2, С26, LI, С27. Резистор R37 устраняет возможность значительного повышения напря- жения на выходе выпрямителя при отключенной нагрузке. 109
Ci 'llPl М* ННЫ1 И I ОЧНИКИ ПИТАНИ’1 ПК И П11 ИФ1 ’ ни Напряжение +12 В образуется выпрями гелем па диоле D17. Сгла живание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется Г-оС> разным фильтром L5.1, L2, С28. Источник питания минус 5 В образован диодами D13, D14, сгла- живающим фильтром L5.3, L4, СЗО. Для выпрямителя минус 12 В используются диоды D15, D16, D19, D20 со сглаживающим фильтром на L5.4, L3 и конденсаторе С29, в этом же канале включен вентилятор воздушного охлаждения. Снижение уровня помех, излучаемых импульсными выпрямителями в электрическую сеть, достигается включением резистивно-емкостного фильтра R19, С15 параллельно вторичным обмоткам трансформатора Т4. Типовые неисправности Перегорает сетевой предохранитель F 5А. В этом случае необходимо проверить состояние выключателя SW1, исправность элементов заградительного фильтра и сетевого выпря мителя (Tl, Cl, С2, BD, С5, С6), проверить исправность транзисто- ров QI, Q2. Выходные напряжения модуля питания отсутствуют. Проверяется наличие напряжения + 310 В на последовательно со- единенных конденсаторах С5, С6 и земляным проводом. При отсут- ствии измеряемого напряжения проверяется исправность элементов сетевого выпрямителя. Далее проверяется напряжение питания микросхемы IC1 +25 В между выводом 12 и корпусом. В случае его отсутствия проверяется исправность транзисторов QI, Q2, элементов тракта запускающих им- пульсов (IC1, Q3, Q4, D7, D8, D9, DIO, D11, СИ, R13, R14, R15, R28). При наличии напряжения питания +12 В проверяется исправность цепей защиты: Q5, Q6, D18, СЗЗ, R34...R36, R38...R40. В случае исправ- ности перечисленных выше элементов заменить IC1. Выходные напряжения питания выше или ниже нормы. Проверяется исправность цепи обратной связи резисторов R25, R26, R31, исправность цепи «медленного запуска» R32, С21, R29, Q5, Q6, в случае их исправности заменить микросхему IC1. Отсутствует сигнал P.G. Следует проверить элементы С31, С24, R43, а также микросхему IC2. 110
Глава 3 Cximwm.v <ф.ц > i-aiicmohthw и iomhhkiwi wahhh rw hmhmx ыюйоя i ia Напряжение +12 В образуется выпрямителем на диоде D17. Сгла- живание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется Г-об I' иным фильтром L5.1, L2, С28. Источник питания минус 5 В образован диодами D13, D14, сгла- живающим фильтром L5.3, L4, СЗО. Для выпрямителя минус 12 В используются диоды D15, D16, D19, I '20 со сглаживающим фильтром на L5.4, L3 и конденсаторе С29, в • гом же канале включен вентилятор воздушного охлаждения. Снижение уровня помех, излучаемых импульсными выпрямителями н электрическую сеть, достигается включением резистивно-емкостного фильтра R19, С15 параллельно вторичным обмоткам трансформатора Т4. Типовые неисправности Перегорает сетевой предохранитель F 5А. В этом случае необходимо проверить состояние выключателя SW1, Исправность элементов заградительного фильтра и сетевого выпря- мителя (Tl, Cl, С2, BD, С5, С6), проверить исправность транзисто- ров QI, Q2. Выходные напряжения модуля питания отсутствуют. Проверяется наличие напряжения + 310 В на последовательно co- rn именных конденсаторах С5, С6 и земляным проводом. При отсут- ствии измеряемого напряжения проверяется исправность элементов мтевого выпрямителя. Далее проверяется напряжение питания микросхемы IC1 +25 В Между выводом 12 и корпусом. В случае его отсутствия проверяется Исправность транзисторов QI, Q2, элементов тракта запускающих им- пульсов (IC1, Q3, Q4, D7, D8, D9, DIO, D11, СИ, R13, R14, R15, R28). При наличии напряжения питания +12 В проверяется исправность пеней защиты: Q5, Q6, D18, СЗЗ, R34...R36, R38...R40. В случае исправ- ности перечисленных выше элементов заменить IC1. Выходные напряжения питания выше или ниже нормы. Проверяется исправность цепи обратной связи резисторов R25, R26, R31, исправность цепи «медленного запуска» R32, С21, R29, Q5, Q6, в случае их исправности заменить микросхему IC1. Отсутствует сигнал P.G. Следует проверить элементы С31, С24, R43, а также микросхему IC2. 111
-------""Mill 1ДНИЧ I IIS III ' И I" ГИИ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПК тип АТХ мощность 230 Вт ОС-002А Состав Источник OCTANE модели ОС-002А состоит из следующих эле ментов: • выпрямителя напряжения сети; ♦ преобразователя; ♦ ШИМ-контроллера; ♦ цепей запуска, стабилизации и зашиты контроллера; ♦ формирователя сигнала P.G.; ♦ выпрямителей импульсного напряжения. Параметры Входное напряжение............................230 В. Частота................................... 50/60 Гц. Входной ток................................3 А (6 А) Выходной ток в канале источника: +5 В..........20 А; +12 В......9 А; -5 В......0,5 А; -12 В.......0,5 А. Назначение и состав цепей источника С-002А Функциональное назначение Состав Заградительный фильтр С1,С2, СЗ, С5, T5,R1,TRH Сетевой выпрямитель с фильтром BD3...BD6, R2, R6, С6, С7 Полумостовой преобразователь Q8, Q9, D1, D2, R3, R4, R7, R8, D4, D5, С8, С9, Т2, ТЗ, С4 Каскад управления Q1,Q2, D6, D7, D8, D9.C13 ШИМ-контроллер U1, R21, C1tf, R23, С17 Цепь «медленного запуска» С15, R20 Питание ШИМ-контроллера D13, С23, R44 Элементы цепи защиты от короткого замыкания на выходе выпрямителя U1.Q3, Q4, D15 Элементы цепи защиты от повышенных токов в преобразователе Т2, R16, D10 Формирователь сигнала P.G. R29 С14, D13, R36, Q6, Q7 Выпрямитель +12 В BD1.T4, L2, С27 Выпрямитель -12 В D11,012, D14, С28. L3.T4.3 Выпрямитель +5 В BD2, С25, Т4.2, L1.R46 Выпрямитель - 5 В U2, С28, R48, С40 112
Г Л АЛ A 3 Сх1МЫ И Д11АЛ1.Ш 4 !•*< CMOUIHMt ИСЛОЧНИМ ><1 ПИ1АНИЯ (.ИСДИМНЫХ IJIOKUH I IT, Принципиальная схема источника питания OCTANE ОС-002А 113
----nwniM- - I И1 I 1ЧКИ> И Г1И tAHt'M ПК И ГН I ИФП ИИ Выпрямитель напряжения сети Напряжение электрической сети переменного тока через сетевой выключатель передней панели системного модуля, плавкую вставку FUSE, дроссель Т5, конденсаторы С1...СЗ, С5, термистор TRH посту пает на выпрямитель BD3...BD6. Элементы Т5, Cl, С2 образуют загра дительный фильтр импульсных помех, создаваемых источником пита ния для бытовой электронной аппаратуры. На диодах BD3...BD6 реализован мостовой выпрямитель сетевого напряжения, фильтрация пульсаций осуществляется сглаживающими конденсаторами С6, С7. Резисторы R2, R6 обеспечивают разряд кон денсаторов С6, С7 при выключении источника питания. Преобразователь Двухтактный преобразователь полумостового типа, составляет ос нову силовой части принципиальной схемы источника питания. Ак тивными элементами преобразователя являются транзисторы Q8, Q9, Вторую половину моста образуют конденсаторы С6, С7, являющиеся элементами делителя выпрямленного напряжения. В диагональ моста преобразователя включена первичная обмотка трансформатора ТЗ. Применение разделительного конденсатора С4 исключает возможность несимметричного подмагничивания трансформатора ТЗ, что имеет ме- сто при переходных процессах в преобразователе. Режим работы тран- зисторов задается элементами R3, R4, R7, R8. Конденсаторы С8, С9 предназначены для ускорения переходных процессов при переключении транзисторов Q8, Q9, резисторы R3, R7 ограничивают начальное значение базового тока ключевых транзисто- ров. Режекторная цепь R12, СЮ, включенная параллельно первичной обмотке трансформатора Т1, предотвращает проникновение импульс- ных помех от работающего источника в переменную электрическую сеть. Диоды D5 и резистор R9 образуют цепь разряда конденсатора С8, a D4 и R5 — цепь разряда С9. При протекании тока через первичную обмотку Т1 происходит про- цесс накопления энергии трансформатором, передача этой энергии во вторичные цепи источника питания и заряд конденсаторов С6, С7, а также фильтровых конденсаторов выходных выпрямителей. Установив- шийся режим работы преобразователя начнется после того, как сум- марное напряжение на конденсаторах С6, С7 достигнет величины +310 В. При этом на микросхеме U1 (вывод 12) появится напряжение питания +25 В от источника, выполненном на элементах D13, R44, С23. 114
Г Л An A 3 Cxi М - И Д(1АЛМ1О1 I'AC.CMi нненив ИС г ОЧНИК )П ПИТАНИЯ СИОГМНЫХ »ЛиМ)П I их Каскад управления Каскад управления образован транзисторами QI, Q2. Нагрузкой »1ккада являются полуобмотки wl, w2 трансформатора Т1, в точку уединения которых подается питание на схему через элементы R13, |)|К. Смещение в базовые цепи транзисторов Q1 и Q2 формируется с помощью резисторов R12, R19 и резистора R15, соответственно. Им- пульсы управления с микросхемы ШИМ-формирователя поступают на Ом (Ы транзисторов схемы. Под воздействием управляющих импульсов рлнн из транзисторов, например, Q1, открывается, а второй, Q2, соот- ветственно, закрывается. Надежное запирание транзистора осуществ- ляется цепочкой D6, D7, С13. Так, при протекании тока в открытом ||мнзисторе Q1 по цепи: +25 В -+R13 -+ D18 -> Т2 (w1) -+ 01 (к-э) -+ D7, D6 -> корпус В эмиттере этого транзистора формируется падение напряжения if 1,6 В. Этой величины достаточно для запирания транзистора Q2. Наличие конденсатора С13 способствует поддержанию запирающего ншснциала во время «паузы». Диоды D8, D9 предназначены для рас- сеивания магнитной энергии, накопленной полуобмотками трансфор- м.иора Т1. ШИМ-контроллер ШИМ-контроллер, работающий в двухтактном режиме, выполнен н.। микросхеме GL494 и предназначен для формирования управляющих импульсных последовательностей полумостовым преобразователем. Прсмязадающая цепь задающего генератора контроллера образована тщденсатором С16, резистором R21, а резистор R23 и конденсатор С17 образуют цепь коррекции усилителя ошибки 1. Для реализации двухтактного режима работы преобразователя вход управления выходными каскадами (вывод 13) соединен с источником и алойного напряжения (вывод 14). С выводов 8 и И микросхемы управляющие импульсы поступают в базовые цепи транзисторов пре- образователей. Напряжение +25 В подводится на вывод питания мик- росхемы (вывод 12) и на среднюю точку первичной обмотки трансфор- м.нора Т1 для питания микросхемы и транзисторов каскада управления. Плавный запуск преобразователя возможен благодаря режиму «мед- и иного пуска». В режиме задействованы конденсатор С15 и резистор R20, причем положительная обкладка конденсатора С15 подключена к пыходу источника эталонного напряжения (вывод 14). В момент запуска Юком заряда С15 через R20 компаратором «пауза» удерживается ма- 1.1 и длительность выходных импульсов ШИМ-контроллера. 115
~....... И. I'гтнимя ПИ1АНИМ I IK иппм<14НИИ Цепи стабилизации и защиты Длительность управляющих последовательностей ШИМ-коитроллсрп (вывод 8, 11 U1) в установившемся режиме определяется сигналами обратной связи и пилообразным напряжением задающего генератора. Рассмотрим процесс их формирования. Информация о выходном напряжении блока питания для усилите ля ошибки 1 поступает от источников +5 В, +12 В на неинвертирую щий вход усилителя (вывод 1 U1) через резистивный сумматор на эле менты R25, R26, R27. Это напряжение сравнивается с опорным, которое подается на вывод 2 микросхемы через резистор R28. На выходе усилителя ошибки 1 (вывод 3 IC1) формируется инфор мация об отклонении выходных напряжений от номинального значе- ния в виде медленно изменяющегося напряжения. Это напряжение поступает далее на один из входов широтно-импульсного модулятора (ШИМ). На второй вход ШИМ поступает пилообразное напряжение амплитудой 3,2 В. Длительность выходного импульса будет определяться интервалом времени, в течение которого «пила» превышает напряжение обратной связи. С уменьшением выходного напряжения уменьшается нацряже ние ошибки, а это приводит к увеличению длительности выходной последовательности и восстановлению номинального значения выход ных напряжений. При повышенной нагрузке через транзисторы преобразователя будет протекать ток, способный вывести их из строя. Защита транзисторов преобразователя от такого чрезмерного тока осуществляется цепью R16, DIO, R17, С12, С11, подключенной к обмотке w согласующего транс- форматора Т2. Информационный сигнал в виде отрицательного напря- жения от этой цепи выходных импульсов поступает на инвертирующий вход усилителя ошибки 2 (вывод 15), с выхода которого сигнал превы- шения поступает на компаратор ошибки. В этом случае сигнал запрета на функционирование выдает компаратор ошибок, препятствующий функционированию ШИМ-компаратора (см. рис. 1.13). Цепи защиты от короткого замыкания Датчиком короткого замыкания в каналах минус 12 В и минус 5 В является диодно-резистивная цепь R47, D17. При коротком в каналах минус 12 В (или минус 5 В) происходит запирание транзистора Q4 и, соответственно, запирание Q3. Источник питания +5 В через резисто- ры R32, R33 и диод D15 прикладывается к выводу 4 микросхемы U1, препятствуя увеличению длительности управляющих импульсов на 116
*миоды 8, 9 Ul. Датчик короткою замыкания в каналах +12 В и +5 В образован R29 и DI4. Управление компаратором ошибки в этом слу- чае осуществляется транзистором Q5, подключенном к выводу 3 U1. Формирователь сигнала P.G. Формирователем сигнала «Напряжение питания в норме» (P.G.) Мнется триггер на элементах Q6, Q7. Времязадающая цепь образова- на резистором R29 и конденсатором С14. При включении копьютера конденсатор С14 разряжен, транзисто- ры триггера устанавливаются в такое состояние: Q6 — закрыт, Q7 — VI к рыт. Сигнал P.G. на выходе источника отсутствует. Конденсатор С14 Мрижается по цепи от источника +12 В через резистор R29. Конденсатор С14, зарядившись, открывает диод D13 и триггер оп- рокидывается: транзистор Q6 устанавливается в открытое состояние, а U 7 в закрытое. На выходе источника появляется сигнал P.G. в виде уровня логической единицы (минимум 3,0 В). В аварийных режимах работы ключ Q5 устанавливается в откры- Вв состояние, конденсатор С14 разряжается через открытый транзи- ю'р и сбрасывает триггер в исходное состояние (Q6 — закрыт, Q7 — крыт). При этом защищается системный модуль от возможных по- Квдствий таких режимов. Выпрямители импульсного напряжения Выпрямители импульсного напряжения вторичных источников пи- тания выполнены по двухполупериодной схеме выпрямления со сред- ней точкой, обеспечивающей необходимый коэффициент пульсаций. Диод BD2 образует выпрямитель +5 В, пульсации выходного на- пряжения сглаживаются фильтром на элементах Т4, С25, С26, резис- тор R46 устраняет возможность значительного повышения напряжения На выходе выпрямителя при отключенной нагрузке. Напряжение +12 В формируется выпрямителем на диоде BD1. Сгла- «имние пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется Г-об- (1н )ным фильтром Т4, L2, С27. Вентилятор воздушного охлаждения Кдючен в этот же канал. Для выпрямителя минус 12 В используются диоды Dll, D12, D14 ао сглаживающим фильтром на элементах Т4, L3 и конденсатор С28. Напряжение питания минус 5 В создается интегральным стабилизато- ром, конденсатор С40 — сглаживающий, резистор R48 — нагрузочный. 117
..... W I' ЧНИ>И НК И П1 'ИФ1ГИИ Для снижения уровня помех, излучаемых импульсными выпрями телями в электрическую сеть, параллельно вторичным обмоткам транс форматора ТЗ включен резистивно-емкостный фильтр R40, С20, а также диоды D5 шунтированы режекторными фильтрами С21, R42, С22, R43, Типовые неисправности Перегорает сетевой предохранитель FUSE. В этом случае необходимо проверить исправность элементов загра дительного фильтра и сетевого выпрямителя (Т5, С1...СЗ, С5, BD3...BD6, С6, С7), проверить исправность транзисторов Q8, Q9. Выходные напряжения модуля питания отсутствуют, двигатель не вращается. Проверяется наличие напряжения +310 В на последовательно со- единенных конденсаторах С6, С7. При его отсутствии проверяется исправность элементов сетевого выпрямителя. Далее проверяется напряжение питания микросхемы Ш между выводом 12 и корпусом. При его отсутствии проверяется исправность транзисторов QI, Q2, элементов тракта запускающих импульсов (U1, QI, Q2, D8, D9, D6, D7, С13). При наличии напряжения питания +25 В проверяется исправность цепей защиты: R47, D17, R29, D14, Q4, Q3, Q5. В случае исправности перечисленных выше элементов, заменить U1. Выходные напряжения питания выше или ниже нормы. Проверяется исправность цепей обратных связей резисторов R27...R25, исправность цепи «медленного запуска» С15, R20, Q3, D15, в случае их исправности, заменить микросхему U1. Выходные напряжения имеются, двигатель не вращается. Проверить наличие напряжения +12 В на разъеме DC_FAN, при его наличии, заменить двигатель. Отсутствует сигнал P.G. Следует проверить элементы Q6, Q7, R29, С14, D13, в случае их пригодности, проверить исправность цепей защиты и управления, за- менить микросхему U1. 118
Г ЛАЯ A 3. Сх> МЫ И Д1 ГАЛЫ* >1 !•*< < М- И 1'1 НИ! ИСТ' ЧНИЮ I" ПИТАНИИ ' И' ПМНЫХ '-Л' »' " ПК ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПК тип АТХ мощность 100 Вт PS-100 Состав Источник PS-100 состоит из следующих элементов: • ныпрямителя напряжения сети; • преобразователя; • ШИМ-контроллера; • элементов цепи запуска преобразователя, стабилизации и защиты; • терморегулятора; • формирователя сигнала P.G.; • кыпрямителей импульсного напряжения. Параметры Нмидное напряжение........................... 100...240 В. Чвстота......................................50/60 Гц. Вводной ток........................................2 А. Мощность.........................................100 Вт. “входной ток в канале источника: + 12 В........................................5,5 А; + 5 B_SB......................................0,8 А. Назначение и состав цепей Функциональное назначение Состав и Заградительный фильтр СХ1, LF1, СХ2, CY1, CY2, CY3 Г"сСетевой выпрямитель с фильтром BD1, ЕС1 1 Преобразователь Q1,TRF1,R6, R4, С2, D5, С1 ШИМ-кон троллер U1, R11.C5 Цнпь запуска R9, R8, ZD1 Обратная связь по напряжению IS01 1 Питание ШИМ-контроллера R3, ЕС4, R9, TRF1, D6, R31 _ Элементы цепи защиты от КЗ ZD2, ZD3, R22, R21, С7, Q3, Q5 Цепь включения PS_ON R25, R24, Q4, Q2, ZD4 Терморегулятор RTH2, Q6, R26, R27 выпрямитель +12 В D11.EC8, L1 выпрямитель +5 B_Sb D10, ЕС5, L2, ЕС6 119
Принципиальная схема источника питания PS-100 120
Глала 3 Cxi мы и д| мльш >t < могрсниг источником питания сисл мных t>п> >к<и» ПК Выпрямитель напряжения сети Напряжение электрической сети переменного тока через плавкую •ставку FUSE, дроссель LF1 поступает на выпрямитель BD1. Элементы ( XI, СХ2, CY1...CY3 формируют заградительный фильтр, предотвраща- ющий проникновение в электрическую сеть импульсных помех, создава- емых источником питания для бытовой электронной аппаратуры. Диод- ная сборка BD1 является мостовым выпрямителем напряжения сети, фильтрация пульсаций осуществляется сглаживающим конденсатором ЕС1. П реобразовател ь Преобразователь обратноходового типа, выполнен на п-канальном мдп транзисторе Q1. Напряжение с положительного вывода выпря- мителя BD1 через первичную обмотку трансформатора TRF1 прикла- дывается к стоку Q1. Одновременно полупериоды выпрямленного на- пряжения через резистор R3 поступают для питания микросхемы контроллера преобразователя (вывод 7 IC2). Микросхемой формируется опорное напряжение +5 В (вывод 8 IC2), дополнительная фильтрация этого напряжения осуществляется конден- сатором С4. Опорное напряжение используется для заряда конденса- тора С5, осуществляемого по цепи: +5 В (вывод 8 IC2) -> R11 -> С5 -> корпус При напряжении на конденсаторе +2,4 В процесс заряда заканчи- вается и включается внутренняя цепь разряда, формируя при этом пилообразное напряжение на выводе 4 микросхемы U1. Частота сле- дования пилы совпадает с частотой задающего генератора микросхе- мы, длительность импульса определяется продолжительностью разря- да конденсатора С5. Задний фронт импульса задающего генератора определяет начало формирования выходного импульса прямоугольной формы микросхемы (вывод 6 U1). Этот прямоугольный импульс через I» щстивный делитель R9, R8 поступает на затвор транзистора Q1, при отпирании которого протекает ток по цепи: +U (BD1) -> TRF1 -» Q1 (сток-исток) -> R8 -> -U (BR1). Диод ZD1 ограничивает амплитуду импульсов на затворе Q1. При протекании тока через первичную обмотку силового трансформатора I RF1 происходит процесс накопления энергии в рабочей обмотке TRF1, передача этой энергии во вторичные цепи источника питания и заряд конденсатора ЕС1. Установившийся режим работы преобразователя начнется после того, когда напряжение на конденсаторе ЕС1 достш - нет величины +310 В. При этом на микросхему U1 (вывод 7) начне! поступать напряжение подпитки контроллера от источника, выполнен ного на элементах D6, R31, ЕС4.
Защита силового ключа от коммущционных импульсов, обусловлен пых индуктивностью рассеивания обмоток импульсного трансформа тора, и от превышения мгновенной мощности на стоке реализована цепью демпфирования, образованной элементами D5, R4, С2, С1. ШИМ-контроллер, цепи стабилизации и защиты Длительность выходных импульсов ШИМ-контроллера (вывод 6 IC ’) в установившемся режиме определяется сигналом с датчика тока пре образователя R6. При этом транзистор силового ключа Q1 включается внутренним генератором микросхемы, а выключается сигналом цепи обратной связи. Таким образом, на стоке Q1 формируется прямоуголь ный импульс, длительность которого определяется длительностью вы- ходных импульсов контроллера U1. Рассмотрим процесс стабилизации выходных напряжений источника. В качестве информационной цепи обратной связи используется сигнал датчика тока R8, поступающий на вход усилителя ошибки (вх. 2 U1) через фильтр высокочастотных помех — R7, СЗ. Усиленный сиг- нал ошибки определяет момент появления заднего фронта выходного импульса преобразователя. Увеличение ошибки будет приводить к ро- сту длительности импульсов, поступающих на затвор транзистора Q1, вследствие чего возрастет энергия, накапливаемая рабочей обмоткой трансформатора, что в свою очередь приведет к восстановлению вы- ходного напряжения источника. Защита контроллера при повышении выходных напряжений орга- низована оптроном IS01 КР1010. Стабилизация тока фотодиодной ча- сти оптрона осуществляется маломощным стабилизатором параллель- ного типа U2. При превышении выходным напряжением уровня, установленного U2, часть напряжения выпрямителя D7, С7 от резис- торной цепи R12, R29, R30 поступает в базовую цепь Q5. Это напря- жение открывает транзистор Q5. Увеличение световой энергии приво- дит к росту тока, протекающего в транзисторной части оптрона. Это вызывает процессы, препятствующие формированию импульсов, управ- ляющих ШИМ-преобразователем. Защита от коротких замыканий в нагрузке реализована на транзистор- ном каскаде Q3 и элементах ZD2, ZD3, R22, R21. В случае короткого замыкания в каналах +12 B_Sb, +5 B_Sb открывается транзистор Q3. Этот режим характеризуется повышенной светоотдачей излучательного диода и, соответственно, насыщенным режимом транзистора оптрона IS01. В результате этих действий формирование импульсов прекратится. Т ерморегул ятор Поддержание теплового режима ИП осуществляется терморегулятором, выполненном на транзисторном каскаде Q6, через который питается дви- 122
Глава 3. < !xi мы и д| галык* м нч ниг источник* и питании . и> >мных их •• •» IIK птсль вентилятора. Измерение температуры осуществляется датчиком RTII2. Напряжение питания на двигатель выдается через разъем FAN. Выпрямители импульсного напряжения Источник питания формирует напряжения +5 B_Sb и +12 B_Sb, +12 В. Напряжение +5 B_Sb образуется выпрямителем на диоде D10. Сгла- жннание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется фильтром ЕС5, L2, ЕС6. Для выпрямителя +12 B_Sb используется диод D11 со сглаживаю- щим фильтром ЕС7, LI, ЕС8. Напряжение +12 В выдается через транзистор Q2 по команде PS_ON, Поступающей на транзистор Q2, нагрузкой источника является терморе- • у зятор. Снижение уровня помех, излучаемых импульсными выпрямите- лями в электрическую сеть, достигается применением резистивно- емкостных фильтров R33, С8, R34, С9, включенных параллельно DIO, D11. Типовые неисправности Перегорает сетевой предохранитель F 5А. В этом случае необходимо проверить исправность элементов загра- ди тельного фильтра и сетевого выпрямителя (CXI, СХ2, LF1, CY1...CY3, №И), проверить исправность транзистора Q1 и резистора R6. Выходные напряжения модуля питания отсутствуют. Проверяется наличие напряжения 310 В на конденсаторе ЕС1. При его отсутствии проверяется исправность элементов сетевого выпрямителя. Далее проверяется наличие сигнала низкого уровня на входе PS_ON, при его наличии проверяется напряжение питания микросхемы U1 +19 I* между выводами 7 и 5. В случае его отсутствия проверяется исправ- ность резистора R3, элементов демпфирующей цепи преобразователя !>'. R4, С2, исправность оптопары IS01. Если напряжение питания занижено, например, меньше +16 В, сле- 1увт проверить исправность тракта запускающих импульсов R8, R9, /I >1, а также исправность преобразователя Ш. Двигатель не вращается. Проверить исправность элементов терморегулятора Q6, Q2, нали- чие команды PS_ON. Выходные напряжения питания выше или ниже нормы. Проверяется исправность элементов цепи обратной связи R8, R7, СЗ, U1, в случае их исправности, заменить микросхему ISO1. 1.’ ।
O' m<4 Mi НЦ|И1 И ПОЧНИКИ ПИ1АНИЯ ПК И П1 РИФ1 “ИИ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПК тип АТХ мощность 230 Вт PM-230W Общие сведения Источник питания PM-230W (производство KEY MOWI ELECTRONICS Со. LTD) конструктивно состоит из двух плат, на мен и шей размером расположены элементы цепей формирования вспомоги тельных сигналов PS_ON и P.G. В функциональном составе источил ка имеются вспомогательный автогенератор с выходным выпрямителем +5 B_SB, элементы дистанционного включения источника питания и дополнительный выпрямитель +3,3 В, а также другие элементы, при сущие источнику питания АТХ. Основные параметры Входное напряжение.............................115/230 В. Ток ...............................................6/3 А. Частота..........................................60/50 Гц. Выходной ток в каналах источника: +3,3 В..........................................14 А; +5 B_SB........................................1,5 А; +5 В............................................23 А; -5 В...........................................0,5 А; + 12 В...........................................9 А; -12 В..........................................0,5 А. Назначение и состав цепей Функциональное назначение Состав Заградительный фильтр NTC, Сх, LF1,R1,C1,C2 Сетевой выпрямитель с фильтром D1...D4, R2, R3, СЗ, С4 Вспомогательный преобразователь Q5, Q9, R45, R48, R49, R50, С28, R51, D29, R52, ZD1, D28, С27, R54, R56, R47, С29 Полумостовой преобразователь Q1, Q2, D5, D7, R5, R7, R6, R8, С8, С9, D7, D8, Т2, СТ, С6, С7. R4 Каскад управления Q3, Q4, D23, D24, D19, D20, С17, R12, R15, R16, R17, R18, D18 ШИМ-контроллер U1, R19, С14, С15, R20 Цепь «медленного запуска» С4, R12 Питание ШИМ-контроллера D32, С13, R53 Элементы цепи защиты от короткого замыкания на выходе выпрямителя U1, Q6, Q7, D25, D21, D22, ZD2, ZD3, D26, R30, R28 R29 Элементы цепи защиты от повышенных токов в преобразователе СТ, D11.C12, R14, R13, D13, Q6, Q7, С16, R25 Дистанционное включение PS_ON U1.2, R8, Q2, R10, D2, R10, СЗ, Q3 Формирователь сигнала P.G. U1.1, Q1, R1, R4, R5, R6, R7 Выпрямитель +12 В D10, L1.1.L3, С19, R31 Выпрямитель ей 2 В D16, D17, L1.2, D27, С20, R32 Выпрямитель +5 В D9, L1.3, С25, L4, С21, R33 Выпрямитель об В D14, D15, L1.4, С22, R34 Выпрямитель +3,3 В Q8, R36, TL1, L2, R39, R38, R37, С23, R40 Выпрямитель +5 B_SB D31,C31,U2, С32 124
Принципиальная схема источника питания PM-230W 125
Принципиальная схема субмодуля источника питания PM-230W Выпрямитель напряжения сети Напряжение электрической сети переменного тока через сетевой вык- лючатель SW, плавкую вставку F, дроссель LF1, термистор NTC посту- пает на выпрямитель D1...D4. Элементы LF1, Cl, С2 образуют загради- тельный фильтр, предотвращающий проникновение в электрическую сеть импульсных дифференциальных помех, создаваемых источником пита- ния для бытовой электронной аппаратуры, конденсатор Сх подавляет синфазные помехи в электрической сети. Мостовой выпрямитель напряжения сети образован диодами D1...D4, фильтрация пульсаций осуществляется последовательно соединенными сглаживающими конденсаторами СЗ, С4. Последовательное включение конденсаторов объясняется участием в работе полумостового преобра- зователя. В рабочем режиме на положительной обкладке конденсатора СЗ напряжение +310 В. Резисторы R2, R3 образуют цепь разряда кон- денсаторов СЗ, С4 при выключении источника питания. Соединением переключателя SW1 одного из выводов переменного напряжения со сред- ней точкой конденсаторов СЗ, С4 при питании от источника перемен- ного напряжения 115 В формируется схема удвоения напряжения, в этом случае сохраняется значение выпрямленного напряжения +310 В на по- ложительной обкладке конденсатора СЗ.
I ЛАВА О I -Al Ml J И Д1 l/UIIHUI 17V Вспомогательный преобразователь Вспомогательный преобразователь подключен непосредственно к вы- воду сетевого выпрямителя и схематически представляет автоколебатель- ный блокинг-генератор Основными элементами блокинг-генератора яв- ляются транзистор Q5 и трансформатор ТЗ. Начальный ток базы I триизистора Q5 создается резистором R48. В момент подачи питания на- I чинает развиваться блокинг-процесс и в обмотке wl трансформатора ТЗ ронвляется ток. Магнитный поток, создаваемый этим током, наводит ЭДС v | обмотке положительной обратной связи w2. При этом заряжается кон- IДснсатор С28 и происходит намагничивание трансформатора. Ток намаг- I ничивания и зарядный ток конденсатора С28 приводят к уменьшению ба- I ювого тока Q5 и его последующему запиранию. Демпфирование выброса Ь коллекторной цепи осуществляется элементами R47, С29, в базовой цепи ► транзистором Q9. Выпрямитель D29, R52, С27 и диоды D28, ZD1 уча- r ci нуют в работе защиты базового перехода транзистора Q5 блокинга от и. ренапряжения. Двухтактный преобразователь полумостового типа Двухтактный преобразователь полумостового типа — основа силовой ча- I сти принципиальной схемы. Силовыми элементами преобразователя явля- I м»гся транзисторы QI, Q2 типа MJE13007 и обратные диоды D5, D7. Вто- воя половина моста образована конденсаторами СЗ, С4, образующими .« штель выпрямленного напряжения. В диагональ этого моста включена первичная обмотка трансформатора Т4. Для исключения возможности не- I симметричного подмагничивания трансформатора Т4, имеющего место при Переходных процессах в преобразователе, применяется разделительный Iконденсатор С6. Режим работы транзисторов задается элементами R5, R6. Управляющие импульсы на транзисторы преобразователя поступа- I Ю1 через трансформатор Т2. Однако запуск преобразователя происхо- I Дит в автоколебательном режиме, при открытом транзисторе Q1 ток про- I и кает по цепи: +U (BD) -> Q1 (к-э) Т2 -» СТ -» Т1 -> С6 С4 -» -U (BD). В случае открытого транзистора Q2 ток протекает по цепи: +U (BD) СЗ -> С6 Т1 -> СТ Т2 Q2 (к-э) -» -U (BD). Через переходные конденсаторы С8, С9 в базу ключевых транзисто- |юв QI, Q2 поступают управляющие сигналы, режекторная цепь R4, С7 предотвращает проникновение импульсных помех в переменную элект- рическую сеть. Диод D7 и резистор R7 образуют цепь разряда конденса- I юра С8, a D8 и R8 — цепь разряда С9. При протекании тока через первичную обмотку Т1 происходит про- цесс накопления энергии трансформатором, передача этой энергии во 127
вшричные цени источника питания и заряд конденсаторов СЗ, С4. Усы повившийся режим работы преобразователя начинается после того, кам суммарное напряжение на конденсаторах СЗ, С4 достигнет величины + 310 В. При этом на микросхеме IC1 (вывод 12) появится питание ог источника, выполненного на элементах D12, R53, С13. Каскад управления Каскад управления выполнен по типовой схеме и состоит из элемсп тов Q3, Q4, D19, D20, С17. Нагрузкой каскада являются полуобмо1кн wl, w2 трансформатора Т2, в точку соединения которых (вывод 2) по дается питание на схему через элементы R12, D18. Смещение в базовые цепи транзисторов Q3 и Q4 формируется с помощью резисторов R15, R16 и R17, R18 соответственно. Импульсы управления с микросхемы ШИМ-формирователя U1 поступают на базы транзисторов Q3, Q4. Под воздействием управляющих импульсов один из транзисторов, например Q3, открывается, а второй, Q4, соответственно, закрывается. Надежное запирание транзистора осуществляется цепочкой D19, D20, С17. Так, при протекании тока в открытом транзисторе Q3 по цепи: +25 В -+ D18 -+ R12 -> Т2 -> 03 (к-э) -> D19, D2O -> корпус в эмиттере этого транзистора создается падение напряжения +1,6 Н Оно достаточно для запирания транзистора Q4. Наличие конденсатори С17 способствует поддержанию запирающего потенциала во время «па узы». Диоды D23, D24 предназначены для рассеивания магнитной энер гии, накопленной полуобмотками трансформатора Т2. ШИМ-контроллер ШИМ-контроллер выполнен на микросхеме КА7500В (SAMSUNG ELECTRONICS) и предназначен для формирования управляющих пос ледовательностей полумостовым преобразователем. Основные элементы контроллера — конденсатор С14 и резистор R19 — элементы времяза дающей цепи генератора, резисторы R20 и конденсатор С15 образую! цепь коррекции усилителя ошибки 1. Для реализации двухтактного режима работы преобразователя вход уп равления выходными каскадами (вывод 13) соединен с источником эталон ного напряжения (вывод 14 Ul). С выводов 8 и 11 микросхемы управляю щие импульсы поступают в базовые цепи транзисторов преобразователей. Напряжение +25 В в рабочем режиме поступает от выпрямителя D12, С13, а в выключенном — от выпрямителя D32, С13 на вывод питания микро схемы (вывод 12) и на среднюю точку первичной обмотки трансформато pa Т2 для питания микросхемы и транзисторов каскада управления. 128
Режим «медленного пуска» образован последовательным соедине- нием элементов С4 и R12, размещенных на отдельном субмодуле. В Ьсме сохранен способ подключения конденсатора С4 этой цепи. Цепи стабилизации и защиты Длительность управляющих последовательностей ШИМ-контроллера (выводы 8, 11 IC1) в установившемся режиме определяется сигналами об- । и ной связи и пилообразным напряжением задающего генератора. Рассмот- рим процесс их формирования. Информация об отклонении выходных напряжений от номиналь- но) и значения формируется на выходе усилителя ошибки 1 (вывод Э IC1) в виде медленно изменяющегося напряжения. На неинвертиру- юший вход усилителя ошибки 1 поступает сумма выходных напряже- нии +12 В и +5 В. Сумматор резистивного типа выполнен на элемен- та R42, R43, R44. На инвертирующий вход усилителя подается опорное напряжение через делитель R21, R22 от источника эталонного напря- жения. Это напряжение поступает далее на один из входов широтно- ймпульсного модулятора (ШИМ). На его втором входе — пилообраз- ное напряжение амплитудой +3,2 В. Длительность выходного импульса будет определяться интервалом времени, в течение которого «пила» превышает напряжение обратной связи. Отклонение выходного напря- жения, например уменьшение, приводит к уменьшению напряжения ошибки. Вследствие этого длительность выходной последовательности увеличивается, а выходное напряжение возрастает. При повышенной нагрузке через транзисторы преобразователя может протекать ток, способный вывести их из строя. Защита транзи- сторов преобразователя от такого чрезмерного тока осуществляется триг- гером на транзисторах Q6, Q7. Увеличение амплитуды информацион- ного импульсного сигнала от трансформатора тока СТ выпрямляется пенью Dll, С12, R14, R13 и через диод D13 передается в базу Q6. Тран- ши гор Q6 открывается, это в свою очередь приводит к отпиранию тран- зистора Q7. При этом возрастает потребление тока от источника эта- лонного напряжения цепью Q7, D26, R12. Увеличение падения напряжения на резисторе R12 приводит к ограничению длительности выходных импульсов. Защита от превышения выходных напряжений своих номиналь- ных значений реализуется элементами R28, R29, R30, ZD2, ZD3, D21, П25. В режиме короткого замыкания по каналам отрицательных на- пряжений -12 В, -5 В пробивается стабилитрон ZD3, а по каналу » 5 В — ZD2, открывается транзистор Q6, в дальнейшем механизм I рдбатывания защиты аналогичен защите от чрезмерных токов, опи- i и иных выше. ' Зак 1021 129
Формирователь сигнала «Напряжение питания в норме» (P.G.) Как такового формирователя в блоке питания не существует, сш нал P.G. появляется на соответствующем контакте источника питания после формирования выходного напряжения +5 В и выдается чере| резистор R1, который как и другие элементы, участвующие в управле нии этим сигналом, расположены на отдельном субмодуле. В схеме сброса сигнала P.G. в аварийных режимах работы источим ка задействован компаратор U1.1. На инвертирующий вход компарато ра (вывод 2 U1.1) подводится опорное напряжение порядка +2 В от не точника эталонного напряжения микросхемы КА7500В (вывод 14 UI) через делитель R2, R3. Неинвертирующий вход через резистор R5 пол соединен к выходу транзисторного ключа Q1. При появлении нулевою потенциала на контакте РЗ субмодуля ключ Q1 открывается, эмиттер имеет потенциал корпуса, а на выходе компаратора U1.1 устанавливает ся сигнал логического нуля, сигнал P.G. на выходе источника питании отсутствует. Резистором R4 образуется положительная обратная связь * компараторе, а резисторы R6, R7 являются элементами ключа Q1. Дистанционное включение источника Дистанционное включение источника питания происходит под во) действием сигнала PSON, в активном состоянии имеющего уровещ. логического нуля. Рассмотрим выключенное состояние источника питания. Высокий уро вень напряжения по линии PS_ON устанавливает выход компаратора и состояние логического нуля. При этом открывается транзисторный ключ Q2. На резисторе R12 увеличивается падение напряжения за счет тока, про текающего через Q2 по цепи: +U3T (выв. 14 U1) CN (REG) -> 02 (Э-к) -> R1O D2 -> R12 -» корпус. Одновременно происходит заряд конденсатора СЗ. Вывод Р4 соеди нительного разъема субмодуля соединен с входом управления «пауза» (вывод 4 Ul КА7500В). Уровень напряжения на этом входе, превышаю щий порядка 2,8 В, делает невозможным формирование выходных им пульсов на выходе микросхемы. Логический нуль по линии PSON при водит к запиранию транзистора Q2, разряду конденсатора СЗ. Постоянная времени разряда СЗ обеспечивает плавность включения контроллера. Эле менты Q3, DI, D22 — вспомогательные элементы этой цепи. Выпрямители импульсного напряжения Выпрямители импульсного напряжения вторичных источников пита ния используют типовую двухполупериодную схему выпрямления со сред ней точкой, обеспечивающую необходимый коэффициент пульсаций. 130
Глава 3. Cxi мы и /у тля» ног рл < моги ни< и<т чни> ,н питания < иен мных гл кон ПК L Выпрямитель +5 В выполнен на диоде D9 типа SBL2040CT, пуль- IhiiHii выходного напряжения сглаживаются фильтром на элементах 113, С25, L4, С21, резистор R33 устраняет возможность значительно- tn повышения напряжения на выходе выпрямителя при отключенной н.нрузке. К этому выпрямителю подключен транзисторный стабилиза- тор + 3,3 В. Стабилизатор последовательного типа, регулирующий эле- мент — транзистор Q8, смещение в цепи базы формируется выпрями- |е к м +12 В и маломощным шунтовым регулятором ТЫ типа SP431 Н । ч резистор R35. Такое включение позволяет обеспечить достаточ- ное качество стабилизации выходного напряжения источника +3,3 В. Напряжение +12 В формируется выпрямителем на диоде D10, в цсме использована пара диодов FR102. Сглаживание пульсаций вып- рямленного напряжения осуществляется фильтром Ll.l, L3, С19, на- qty зкой выпрямителя в режиме холостого хода служит резистор R31. Источник питания минус 5 В образован диодами D14, D15, сгла- • иь пощим фильтром L1.4, С22, нагрузочным резистором R34. Для выпрямителя минус 12 В используются диоды D16, D17, D27 Ь сглаживающим фильтром на L1.2 и конденсаторе С20, в этот же Инал включен вентилятор воздушного охлаждения. Для снижения уровня помех, излучаемых импульсными выпрями- те 1ями, в электрическую сеть параллельно вторичным обмоткам транс- форматора Т1 включен резистивно-емкостный фильтр R9, СЮ, М10, СИ. Типовые неисправности Перегорает сетевой предохранитель F 5А. Необходимо проверить состояние выключателя SW1, исправность Элементов заградительного фильтра и сетевого выпрямителя (NTC, Сх, 11 1, D1...D4, Cl, С2, СЗ, С4), а также проверить исправность транзи- сторов QI, Q2, Q5, Q9. Выходные напряжения модуля питания отсутствуют. Проверяется наличие напряжения 310 В между последовательно со- единенными конденсаторами СЗ, С4. При его отсутствии проверяется исправность элементов сетевого выпрямителя. Проверить исправность Дементов цепи дистанционного включения. Проверить исправность вы- годных выпрямителей. Далее проверяется напряжение питания микросхемы IC1 между вы- |олом 12 и корпусом При его отсутствии проверить исправность гран 131
жсторов QI, Q2, элементов тракта запускающих импульсов (U1, ОЗ, Q4, 1)23, 1)24, R12, D18, 1)19, 1)20, R15, R16, R17, R18). При наличии напряжения питания +25 В проверяется исправность цепей защиты: R30, R28, R29, ZD3, ZD2, Q6, Q7. В случае исправности перечислен- ных выше элементов заменить U1. Выходные напряжения питания выше или ниже нормы. Проверить исправность цепей обратных связей — резисторов R42, R43, R44, исправность цепи «медленного запуска» — С4, R12, расположенной на отдельной плате, а также Q6, Q7, в случае их исправности, заменить микросхему U1. Отсутствует сигнал P.G. Проверить элементы платы субмодуля Rl, QI, R5, а также микро- схему U1. Отсутствует дистанционное включение источника питания. Проверить наличие на контакте PS-ON потенциала корпуса (нуля), исправность транзисторов, расположенных на субмодуле, Q2, Q3, D2, СЗ и диода D22. В случае их исправности следует заменить U1 на суб- модуле. Отсутствует напряжение +5 B_SB. Убедиться в исправности интегрального стабилизатора U2, напри- мер, методом замены. Проверить исправность транзисторов вспомога- тельного преобразователя Q5, Q9. Проверить элементы: R45, R48, R56, 2D1, D28, D29. 132
Гл ап a 3 Cxi мы и д| ia/ii.ik и <’ACCMotii ни- mi т< *ihmki пшания сиси мных г./кжоп ПК ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПК тип АТХ мощность 200 Вт DTK Общие сведения Источник DTK [4] состоит из следующих элементов: выпрямителя напряжения сети; цепи запуска преобразователя, стабилизации и защи- ты; формирователя сигнала P.G.; выпрямителей импульсного напряжения. Основные параметры Входное напряжение.........................115/220 В. Допустимый диапазон входных напряжений.... 90...135 В. Частота...................................47...63 Гц. Размеры........................................ 140x150x86 мм. Диапазон рабочих температур......................+ 10...+50°С. КПД, не менее.............................................68%. Выходной ток в каналах источника: +3,3 В.....14 А; +5 В.......21 А; -5 В....0,3 А; +5 B SB.....0,72 А; +12 В......6...8 А; -12 В...0.3 А. Назначение и состав цепей Функциональное назначение Состав Заградительный фильтр Г~~~~С1, R10,Z1,T1,T5,C2...C4 Сетевой выпрямитель с фильтром D11...D14, Т, С5.С6, R30, R31 Вспомогательный преобразователь Q3, D7, С12, R7, ZD2, R6, С11, R12, R1, СЮ, Тб Полумостовой преобразователь Q9, Q10, D23, D24, R36...R41, С21, С22, D21, D22, ТЗ, I С7, Т2 Каскад управления Q7, Q8, D15...D20, С20, R32, R44, R45 1 ШИМ-контроллер IC1, R29, С18, R27, С17 Цепь «медленного запуска» С15, R28 1 Питание ШИМ-контроллера D25, C24 Элементы цепи защиты от короткого замыкания на выходе выпрямителя D1. R2, ZD1, ZD3, R3, Q4, Об | Элементы цепи защиты от повышенных токов в преобразователе ZD1.ZD3, R3, D5, Q1.Q4 Дистанционное включение PS_ON R4, R5, С9, Q2, Q5 Формирователь сигнала P.G. R42, С23, IC2 Выпрямитель +12 В SBD1, L5, L1, СЗО Выпрямитель с&2В D28, D29, D30, L5, L3, C33, R59 Выпрямитель +5 В SBD2, L5, L2, С31, R57, C29 Выпрямитель В D26, D27, L5, L4, С32, R58 1 Выпрямитель +3,3 В L6, SBD3, L5, C34, ZIC1, Q11, R60 Выпрямитель +5 B_SB D8, IC3, С14, R19, C14, С16 [ Входные цепи Для защиты входных цепей источника питания на печатной плате установлен предохранитель F1. Ограничение пускового тока осуществ- ляется терморезистором NTCR1. Заградительный фильтр импульсных помех образован конденсаторами С1...С4, дросселями Tl, Т5. Фильтр
Принципиальная схема источника питания фирмы DTK Вторичная цепь 134
Гл АЛ A 3 Сх< М’. И Д1 1АЛЬН()1 РА' СМ( >П 1 НИГ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ СИ< ПМНЫХ 1.ЛОК1 н ПК обеспечивает защиту источника питания как от синфазной, так и диф- ференциальной составляющей импульсных помех. Напряжение первичной электрической сети поступает далее на вып- рямитель D11...D14, выполненный по мостовой схеме. Полупериоды выпрямленного напряжения сглаживаются конденсаторами С5, С6. Ре- зисторы R30, R31, подключенные к С5, С6 параллельно, симметриру- ют напряжение на конденсаторах, а также создают цепь их разряда. Пе- реключатель S1 обеспечивает функционирование источника питания как в сети 115 В, так и в сети 230 В. Работа источника питания при отклонениях входного напряжения за пределы установленного диапазона прекращается варисторами Zl, Z2. Источник питания режима «готовность» (Standby) Источник питания режима «готовность» предназначен для создания начального напряжения питания при запуске ШИМ-контроллера и вы- дачи напряжения питания на системную плату, когда компьютер на- ходится в «спящем» режиме. Этот источник состоит из однотактного преобразователя, подключенного к выпрямителю первичной сети, и ста- билизатора вторичного напряжения. Однотактный преобразователь автогенераторного типа выполнен на транзисторе Q3. Постоянное напряжение с положительного вывода вып- рямителя через рабочую обмотку трансформатора Тб подводится к кол- лектору транзистора Q3. Это же напряжение через резисторы R12, R6 прикладывается к базе этого транзистора, создавая небольшое положи- тельное смещение. Транзистор Q3 находится в открытом состоянии, и через него начинает протекать ток по цепи: +Uc5 ~* 76 (к-э) —> ~UC6 • В трансформаторе происходит процесс накопления энергии, в резуль- тате которого в обмотках Тб наводятся ЭДС. Обмотка положительной обратной связи является источником заряда конденсатора СП. Ток за- ряда этого конденсатора запирает транзистор Q3. Во время запертого со- стояния Q3 трансформатор Тб отдает энергию во вторичную цепь. Защита транзистора Q3 от коммутационных импульсов, обусловлен- ных индуктивностью рассеивания обмоток трансформатора Тб, и от пре- вышения мгновенной мощности на коллекторе Q3 реализована цепью демпфирования, состоящей из элементов D2, Rl, С10. Демпфирование выбросов в цепи базы осуществляется элементами D7, С12, R7, ZD2. Вторичную цепь трансформатора Тб образуют выпрямительные дио- ды D8, D9, фильтровые конденсаторы С14, С16, и интегральный стаби- лизатор 4-5 В IC3. 135
Преобразователь Активными элементами преобразователя полумостового типа явля ются транзисторы Q9, Q10. Второе плечо моста образовано выпрями тельными конденсаторами С5, С6. Защита преобразователя от «скво < ных токов» создается диодами D23, D24, а также наличием «мертвой зоны» между управляющими импульсами микросхемы IC1. В диагонал! моста включена рабочая обмотка трансформатора ТЗ через разделитель ный конденсатор С7, устраняющий нежелательное несимметричное подмагничивание рабочей обмотки трансформатора. Резистор R48 и конденсатор С25 шунтируют рабочую обмотку ТЗ для демпфирования паразитных колебаний. Режим работы транзисторов преобразователя задается резисторами R38...R40. Элементы С21, С22, D21, D22, R36. R37 предназначены для ускорения переходных процессов при переклю- чениях транзисторов. ШИМ-контроллер и каскад управления Напряжение питания на микросхему IC1 (вывод 12) поступает от вып- рямителя D9 вспомогательного генератора и выпрямителя D25, С24. Пос- ле подачи питания на выводе 14 появляется напряжение внутреннего ис- точника опорного напряжения микросхемы равное +5 В. Запускается задающий генератор, и на выводе 5 присутствует пилообразное напряже- ние. Конденсатор С18 и резистор R29 — элементы времязадающей цепи генератора. На выводах 8, 11 микросхемы IC1 появляются импульсные последовательности, поступающие на транзисторы Q7, Q8 каскада управ- ления. Каскад управления состоит из ключевых транзисторов Q7, Q8. резисторы R32, R45 и цепь D16, D17 С20 задают их режим работы, диоды D15, D20 рекуперационные. Нагрузкой каскада управления яв- ляется трансформатор Т2. Цепи управления, стабилизации и защиты Стабилизация выходных напряжений достигается методом широтно- импульсного модулирования выходных импульсов. Для этого выходное на- пряжение с сумматора R46, R47, R25, R26 поступает на вход 1 усилителя ошибки 1 микросхемы IC1. На второй вход этого усилителя (вывод 2 IC1) через делитель R23, R24 поступает опорное напряжение. Элементы С17, R27 — частотно-корректирующая цепь усилителя ошибки 1. С выхода усилителя сигнал, пропорциональный напряжению ошиб- ки, поступает на широтноимпульсный модулятор для формирования на выводах 8, И микросхемы IC1 управляюших последовательностей. От согласующего трансформатора Т2, выполняющего роль транс- форматора тока, информация о токе нагрузки через однополупериод- 136
Глава 3 Cxi Mt i и д» тлл> и > •< • moipi ниг и< и whhk' >п питании си 11 мных • н П* ный выпрямитель D18, CI9, делитель R20, R21 поступает на базу Q(». Превысив определенный уровень, сигнал, пропорциональный току пре образователя, открывает транзистор Q6, который в свою очередь при водит к отпиранию транзистора Q1. На вход управления паузой через Q1 и D10 станет поступать потенциал источника эталонного напряже- ния (вывод 14 IC1). Это же напряжение через открытый транзистор Q1, диод D3, резистор R11 поступает в базу транзистора Q4, который, от- крываясь, запускает преобразователь. Каскад защиты, состоящий из диодно-резистивной цепи DI, R2 и сум- матора R8, R9, реализует защиту преобразователя от короткого замыкания в каналах +5 В, -12 В, -5 В. Уменьшение напряжений в любом из пере- численных каналов вызовет открывание транзистора Q4, который в свою очередь откроет Q1. При этом управляющие импульсы на выходе ШИМ- контроллера отсутствуют. Защита от превышения напряжения в нагрузке выполнена на стабилитронах ZD1, ZD3, резистор R3 для них балластный. Увеличение напряжения повлечет открытие транзистора Q4. Дистанционное управление Для дистанционного управления источником питания применяется сигнал PS_ON. Сигнал высокого уровня через делитель R4, R5, С9 по- ступает на базу транзистора Q2. При этом транзисторы Q2 и Q5 в от- крытом состоянии. На вывод 4 IC1 через Q5 поступает сигнал высо- кого уровня На выводах 8, 11 микросхемы импульсы отсутствуют, преобразователь остановлен. В случае сигнала PS_ON низкого уровня микросхемы IC1 транзисторы Q2, Q5 поменяют свое состояние, на выводах 8, 11 появятся импульсы. Формирователь сигнала «питание в норме» В состав схемы формирователя P.G. входят элементы задержки — конденсатор С23 и микросхема IC2. При включении источника пита- ния конденсатор С23 разряжен. Сигнал включения PS_ON низкого уров- ня поступает на выводы 6 и 2 микросхемы IC2, устанавливая на выводе 7 IC2 высокий уровень напряжения. Начинается заряд конденсатора за- держки С23 с выхода 7 компаратора IC2. Через время 0,1...0,5 с напряжение заряда на конденсаторе С23 пре- высит значение напряжения на выводе 2. При этом на выводе 1 микро- схемы IC2 появляется сигнал «питание в норме» P.G. высокого уровня. Выходные выпрямители Диодная сборка SBD1 обеспечивает получение выходного напряже- ния + 12 В. Элементы L5, LI, СЗО образуют сглаживающий фильтр этого напряжения. Подавление высокочастотных импульсных помех осуще-
ciiuimcioi цепочками R56, ( 27.Выходное напряжение 4-5 В формиру стоя диодной сборкой SBD2. Сглаживающий фильтр в этом канале образован элементами L5, L2, С29, С31. Отрицательные напряжения -5 В и -12 В организованы на диск- ретных диодах D26, D27 и D28, D29, D30 соответственно. Элементы L4, С32 и L3, СЗЗ составляют сглаживающие фильтры источников. Источник питания +3,3 В выполнен на стабилизаторе компенсацион- ного типа. В качестве выпрямителя используется диодная сборка SBD3. Роль регулирующего элемента выполняет транзистор Q11, ток базы ему задает параметрический стабилизатор ZIC1. Выходное напряжение источ- ника измеряется делителем R49...R51. Элементы R52, С26 предназначены для повышения устойчивости стабилизатора при переходных процессах. Резисторы R57, R58, R59, R60 являются нагрузками холостого хода источников +5 В, -5 В, -12 В и +3,3 В, соответственно. Типовые неисправности Отсутствуют все выходные напряжения. Проверяется предохранитель Fl, NTCR1, дроссели Tl, Т5, Т, напряже- ние на С5, С6. При отсутствии напряжения +310 В проверяется целост- ность диодного моста D11...D14, дроссель Т, емкости фильтров С1...С4, а также сопротивления R30, R31. При наличии напряжения +310 В прове- рить исправность элементов преобразователя: транзисторов QI, Q2, разде- лительной емкости С7, демпфирующей цепи R48, С25. Проверить исправ- ность цепей токовой зашиты. Проверить исправность цепи дистанционного управления источником, соединив корпус с проводом PS ON. Отсутствует напряжение +5 B_SB. Проверить исправность транзистора Q3, демпферные цепи D2, R1, СЮ и D7, С12, ZD2, микросхему IC3. Неисправный элемент заменить. Отсутствуют некоторые выходные напряжения. Проверить целостность обмоток ТЗ, выпрямителей SBD1, SBD2, SBD3, диодов D26...D30, конденсаторов С30...С34, дросселей L1...L6. При отсут- ствии напряжения +3,3 В проверить исправность параметрического ста- билизатора ZIC1 и Q11. В случае исправности выпрямителей опреде- лить неисправность в нагрузке. Все выходные напряжения отличаются от номинальных величин. Проверяется исправность источника питания микросхемы IC1 (вы- вод 12) D25, D9, С24. Проверяется исправность источника питания 138
ГлаяаЗ Cxi мы и Д11лльног га< смслржиг источников питания t истгмных ыкжпн ПК опорного напряжения 15 В на выводе 14 микросхемы. Проверяется ра ботоспособность задающею генератора, с помощью осциллографа кон тролируется «пила» амплитудой 3,2 В. Исправность цепей регулирова ния микросхемы производится путем соединения выводов 4 и 7 К' 1, а затем 3 и 7, и контроля на выводах 8, 11 импульсов максимальной длительности. Если сигналы контролируются, то IC1 исправна, пейс правность следует искать среди элементов обратной связи и защиты. Срабатывает защита по току. Проверяется исправность элементов токовой защиты: DI, R2, ZD1, ZD3, R3, Q4, Q6. Определить наличие короткого замыкания в одном из каналов выходного напряжения. Отсутствует сигнал «питание в норме». Проверить исправность цепи формирования сигнала P.G., конден- сатор С23, проверить напряжение питания +5 В микросхемы IC2 (вы- вод 8), неисправный элемент заменить. Отсутствие дистанционного управления источником. Проверить исправность элементов цепи дистанционного управле- ния: С9, Q2, Q5, в случае необходимости заменить IC1. 139
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПК тип АТХ мощность 230 Вт Общие сведения Источник питания АТХ [12] состоит из следующих элементов: • выпрямителя напряжения сети; • преобразователя; • элементов цепи запуска преобразователя, стабилизации и защиты; • вспомогательного преобразователя; • формирователя сигнала P.G.; • выпрямителей импульсного напряжения. Источник питания функционально содержит элементы цепей формиро- вания вспомогательного сигнала P.G., цепь управления дистанционным вклю- чением PS_ON, в составе имеются вспомогательный автогенератор с выход- ным выпрямителем +5 B_SB, дополнительный выпрямитель +3,3 В, а также другие элементы присущие источнику питания АТХ. Основные параметры Входное напряжение..............90... 135 В (180...265 В). Частота....................................48 ...63 Гц. Диапазон рабочих температур..............О...4О°С. КПД, не менее.................................65%. Назначение и состав цепей Функциональное назначение Состав Заградительный фильтр BL1, BL2, BL3, CY1, CY2, ТН1, С1...С4, LF1 Сетевой выпрямитель с фильтром BD1, С5, С6, R2, R3, VD1, VD2 I Вспомогательный преобразователь Q3, ТЗ, R9, R10...R14, ZD1, D6, С12, С13 Полумостовой преобразователь Q1, Q2, D1, D2, R5....R8, С9, СЮ, Т2, D1, D2 Каскад управления Q4, Q5, D7...D11, С15, R15...R18. R64 ШИМ-контроллер IC1, R26, С17, R22, С16 Цепь «медленного запуска» С18, R24 Питание ШИМ-контроллера D21, D22, С14 Элементы токовой защиты Т4, D12, VR1, С22, D13, IC2.2, Q9, D18 Защита при перегрузках R40, R48, R52, R54, R55, D19, D23, D24, ZD2, ZD3, С28 Дистанционное включение PS_ON Q7, Q8, IC6 Формирователь сигнала P.G. R27, С19, Q6, IC2.1 Выпрямитель +12 В D31,T5, L2, СЗЗ, R56, С31 Выпрямитель минус 12 В D27, D28, Т5, С37, IC4, С38 Выпрямитель +5 В D30, Т5, С34, L1.C35 Выпрямитель минус 5 В D27, D28, Т5, С37, IC5, С36 Выпрямитель +3,3 В D25, D26, Q10, IC7, VR3, R59...R63 Выпрямитель +5 B_SB D20, С26, IC3, С27, R68 I Схема терморегулирования Q11.Q12, R65...R67, ТН2 Выпрямитель напряжения сети В источнике питания заградительные фильтры установлены на участ-ках сеть-выключатель и выключатель-выпрямитель. Фильтрация осуществляется как синфазных, так и дифференциальных помех. Эле-
ГлАжаЗ С-’И 4МАЛ1 HOIT*1 । MUimw И' I Iiwp --------------- Принципиальная схема источника питания фирмы АТХ 141
мсшы Cxi, Bl I, BI 2 — фильтр синфазных помех, a B1.3, CY1, CY2 фильтр дифференциальных помех на участке линии сеть-выключатель SW. Or выключателя через разъем CON1 напряжение электрической сети переменного тока через термистор ТН1, плавкую вставку F1, дрот сель 1 F1 поступает на выпрямитель BD1. Элементы LF1, С2, СЗ обра «уют заградительный фильтр, предотвращающий проникновение в элек трическую сеть импульсных дифференциальных помех, создаваемых источником питания для бытовой электронной аппаратуры, конденса- тор С1 подавляет синфазные помехи в электрической сети. Мостовой выпрямитель образован диодной сборкой BD1, фильтра- ция пульсаций осуществляется последовательно соединенными сглажи- вающими конденсаторами С5, С6. В рабочем режиме на положитель- ной обкладке конденсатора С5 напряжение +310 В. Резисторы R2, R3 образуют цепь разряда конденсаторов С5, С6 при выключении источ- ника питания. Соединение переключателя SW1 с одним из выводов пе- ременного напряжения со средней точкой конденсаторов С5, С6 при питании от источника переменного напряжения 115 В образовывает схе- му удвоения напряжения, в этом случае сохраняется значение выпрям- ленного напряжения +310 В на положительной обкладке конденсатора С5. Варисторы VD1, VD2 ограничивают выпрямленное напряжение при превышении сетевого напряжения. Вспомогательный преобразователь Вспомогательный преобразователь схематически представляет авто- колебательный блокинг-генератор. Основными элементами блокинга яв- ляются транзистор Q5 и трансформатор ТЗ. При подаче напряжения сети через обмотку wl трансформатора ТЗ и транзистор Q3 начинает протекать ток по цепи: +U (С5) —> R9 —> ТЗ (w1) —> 03 (к-э) -> корпус. Начальный ток базы Q3 создается резистором R10. Магнитный поток, создаваемый этим током, наводит ЭДС в обмотке положительной обрат- ной связи w2. При этом заряжается конденсатор СИ и происходит намаг- ничивание трансформатора. Ток намагничивания и зарядный ток конден- сатора СП приводят к уменьшению базового тока Q3 и его последующему запиранию. Демпфирование выброса в коллекторной цепи осуществляется элементами R14, С13. Выпрямитель D5, R12, С12 и диоды D6, ZD1 защи- щают переход база-эмиттер Q3 блокинга от перенапряжения. В двухтактном преобразователе полумостового типа используются тран- зисторы QI, Q2 (2SC4242) и обратные диоды DI, D2 (FR107). Вторая по- лбвина моста состоит из конденсаторов С5, С6, образующих делитель вып- рямленного напряжения. В диагональ моста включена первичная обмотка трансформатора Т1. Для исключения несимметричного подмагничивания трансформатора Т1 при переходных процессах в преобразователе включен разделительный конденсатор С7.
Управляющие импульсы на транзисторы преобразователя iiociyin ют через трансформатор Т2. Поскольку запуск преобразователя про исходит в автоколебательном режиме, то в случае открытого транзис тора Q1 ток протекает по цепи: +U (BD1) -> Q1 (к-э) -> Т4 -> Т1 -» С7 -+ С6 -> -U (BD1), а в случае открытого транзистора Q2 ток протекает по цепи: +U (BD1) -> С5 -> С7 -> Т1 -> Т4 -» Q2 (к-э) -> -U (BD1). Через переходные конденсаторы С9, СЮ в базу ключевых транзисто- ров QI, Q2 поступают управляющие сигналы, режекторная цепь R4, С8 предотвращает проникновение импульсных помех в переменную электри- ческую сеть. Диод D3 и резистор R7 образуют цепь разряда конденсатора С9, a D4 и R8 — цепь разряда С10. При протекании тока через первичную обмотку Т1 происходит процесс накопления энергии трансформатором, передача этой энергии во вторич- ные цепи источника питания и заряд конденсаторов С5, С6. Установив- шийся режим работы преобразователя начнется после того, как суммарное напряжение на конденсаторах С5, С6 достигнет величины +310 В. При этом на микросхеме IC1 (вывод 12) появится напряжение питания +25 В от ис- точника, выполненного на диодах D22, С14. Каскад управления Каскад управления состоит из элементов Q4, Q5, D8, D9. Нагрузкой каскада являются полуобмотки wl, w2 трансформатора Т2, в точку соеди- нения которых подается питание на схему через элементы D7, R64. Сме- щение в базовые цепи транзисторов Q4 и Q5 формируется резисторами R16, R18 и R15, R17, соответственно. Импульсы управления с выводов 8, 11 микросхемы ШИМ-формирователя поступают на базы транзисторов схемы. Под воздействием управляющих импульсов один из транзисторов, например Q4, открывается, а второй, Q5, соответственно, закрывается. Надежное запирание транзистора осуществляется цепочкой DIO, Dll, С15. Так, при протекании тока через открытый транзистор Q4 по цепи: +25 В -> D7 -> R64 -> Т2 (w1) -> Q4 (к-э) -> D1O, D11 -» корпус, в эмиттере этого транзистора формируется падение напряжения +1,6 В. Этой величины достаточно для запирания транзистора Q4. Наличие кон- денсатора С15 способствует поддержанию запирающего потенциала во время «паузы». Диоды D8, D9 предназначены для рассеивания магнит- ной энергии, накопленной полуобмотками трансформатора Т2. ШИМ-контроллер ШИМ-контроллер, выполненный на микросхеме TL494, предназна- чен для формирования управляющих последовательностей полумостовым преобразователем. Основные элементы контроллера — конденсатор С17
и рсш lop R26 — uicmci 111.1 времяшдающей цепи генератора, резистор R22 и конденсатор С 16 образуют цепь коррекции усилителя ошибки I. Для реализации двухтактного режима работы преобразователя вход ун равления выходными каскадами (вывод 13) соединен с источником эта лонного напряжения (вывод 14 IJ1). С выводов 8 и 11 микросхемы уп ранляющие импульсы поступают в базовые цепи транзисторов преобразователей. Напряжение питания +25 В в рабочем режиме форми- руется выпрямителем D22, С14, а в выключенном от выпрямителя D21, <11 поступает на вывод питания микросхемы (вывод 12) и на среднюю точку первичной обмотки трансформатора Т2 для питания транзисторов каскада управления. Режим «медленного пуска» образован последова- 1сльным соединением элементов С18 и R24. Цепи стабилизации и защиты Длительность управляющих последовательностей ШИМ-контроллера (выводы 8, 11 IC1) в установившемся режиме определяется сигналами обратной связи и пилообразным напряжением задающего генератора. Рассмотрим процесс их формирования. Информация об отклонении выходных напряжений от номинального значения формируется на выходе усилителя ошибки 1 (вывод 3 IC1) в виде медленно изменяющегося напряжения. На неинвертирующий вход усилителя ошибки 1 поступает сумма выходных напряжений +12 В и +5 В. Сумматор резистивного типа выполнен на элементах R50, R53, VR2, R49. На инвертирующий вход усилителя подается опорное напря- жение через делитель R19, R20 от источника эталонного напряжения. Регулировка выходных напряжений в небольших пределах осуще- ствляется VR2. Это напряжение поступает далее на один из входов ши- ротно-импульсного модулятора (ШИМ). На его втором входе — пило- образное напряжение амплитудой +3,2 В. Длительность выходного импульса будет определяться интервалом времени, в течение которого «пила» превышает напряжение обратной связи. Отклонение выходно- го напряжения, например, его уменьшение, вызывает уменьшение на- пряжения ошибки. Вследствие этого длительность выходной последо- вательности увеличивается, а выходное напряжение возрастает. Токовая защита транзисторов преобразователя осуществляется с помо- щью компаратора IC2.2, на вход которого приходит сигнал с токового транс- форматора Т4 через выпрямитель D12, VR1, D13 на вход компаратора IC2.2. С выхода компаратора через переход база-коллектор Q9, диод D18 управ- ляющий сигнал поступает на вход управления «паузой». Напряжение на этом входе, превышающее +3,0 В, препятствует прохождению выходных импуль- сов на выводах 8, И. Порог срабатывания защиты устанавливается VR1. Информация о наличии короткого замыкания поступает с выходных каналов +12 В, -12 В, -5 В через резистивный сумматор R54, R55,
R52, R36. Защита и случае коротких замыканий происходи! по гой же пени R54, R55. R52 -> D23 > R38 -> D18 -> R24. Предотвращение превыше ния выходных напряжений своих номинальных значений реализуется зле ментами ZD2, ZD3, R40, R48, D24, D19. В канале +3,3 В пробивается с га билитрон ZD3, а в канале +5 В — диод ZD2, в дальнейшем механизм срабатывания защиты аналогичен защите от чрезмерных токов. В схеме дистанционного включения источника питания участвует тран- зистор Q8, на который подается сигнал PS ON через соединительный разъем источника питания. С коллектора Q8 через резистор R41, диоды D14, D15 на вход управления «пауза» (вывод 4 IC1) в режиме выключен- ного состояния источника питания поступает напряжение, превышающее +3,0 В, запрещающее формирование выходных импульсов на выходе ис- точника питания. При поступлении сигнала PS-ON транзистор Q8 откры- вается, на входе управления «пауза» напряжение уменьшается до нуля. Формирователь сигнала «Напряжение питания в норме» (P.G.) Формирователь сигнала «Напряжение питания в норме» (P.G.) состо- ит из элементов: R27, С19, IC2.2. Опорное напряжение на компараторе IC2.2 формируется делителем R29, R30. Задержка сигнала осуществляет- ся времязадающей цепью R27, С19. Резисторами R28, R32, R35 опреде- ляется режим работы компаратора. В выключенном состоянии источника питания (сигнал PS-ON имеет уровень логической единицы) транзистор Q7 в открытом состоянии, при этом заряд конденсатора С19 не происходит. Транзистор открыва- ется током, протекающим через транзистор Q8 и элементы R42, R43. Схема терморегулирования Схема терморегулирования предназначена для поддержания темпера- турного режима внутри корпуса компьютера. Температура внутри корпу- са поддерживается постоянной регулированием скорости вращения вен- тилятора, максимальная скорость вращения которого соотвествует при температуре +40°С. Схема состоит из элементов: Qll, Q12, R65...R67, ТН2. Выпрямители импульсного напряжения Выпрямители импульсного напряжения вторичных источников пита- ния используют типовую двухполупериодную схему выпрямления со сред- ней точкой, обеспечивающую необходимый коэффициент пульсаций. Стабилизатор напряжения +3,3 В выполнен на регулирующем транзи- сторе Q10 и шунтовом стабилизаторе параллельного типа IC7. Выходное напряжение в небольших пределах устанавливается потенциометром VR3. Для снижения уровня помех, излучаемых импульсными выпрямителя- ми в электрическую сеть, параллельно вторичным обмоткам трансфор- матора Т4 включен резистивно-емкостной фильтр R6, С9. 145
Типовые неисправности Перегорает сетевой предохранитель F. В этом случае необходимо проверить состояние выключателя SW1, исправность элементов заградительного фильтра и сетевого выпрями- теля (ВЫ, BL2, BL3, CY1, CY2, ТН1, С1...С4, BD1, С5, С6, R2, R3), а при необходимости также проверить исправность транзисторов QI, Q2. Выходные напряжения модуля питания отсутствуют. Проверяется наличие напряжения 310 В между последовательно Со- единенными конденсаторами С5, С6. При его отсутствии проверяется исправность элементов сетевого выпрямителя. Проверить исправность >лементов цепи дистанционного включения. Далее проверяется напряжение питания микросхемы IC1 между вы- водом 12 и корпусом. При его отсутствии проверить исправность тран- зисторов QI, Q2, элементов тракта запускающих импульсов (IC1, Q4, Q5, D8...D11, R64, D7, R15, R16, R17, R18). При наличии напряжения питания +25 В проверяется исправность цепей зашиты: ZD3, ZD2, D18, Q9. В случае исправности перечисленных выше элементов заменить IC2.2. Проверить исправность выходных выпрямителей и отсутствие короткого замыкания в их нагрузке. Проверить исправность ШИМ- регулятора замыканием К.4-7, К.3-7. При нормальном функциониро- вании длительность импульсов на К.8, 11 увеличивается. Выходные напряжения питания выше или ниже нормы. Проверить исправность цепей обратных связей резисторов R21, R50, R53, VR2, R49, исправность цепи «медленного запуска» С18, R24, а также Q7, Q8, в случае их исправности заменить микросхему IC1. Отсутствует сигнал P.G. Следует проверить элементы С19, R27, Q7, D17, а также микросхему IC1. Отсутствует дистанционное включение источника питания. Проверить наличие на контакте PS-ON потенциала корпуса (нуля), ис- правность элементов Q7, Q8, D14, D15, R41. В случае их исправности, за- менить IC1. Отсутствует напряжение +5 B_SB. Проверить исправность транзистора Q3, стабилитрона ZD1, конден- сатора С12. 146
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПК тип АТХ мощность 230 Вт LC-230ATX Источник LC-230ATX компании L&C TECHNOLOGY INC явля- ется типовым для данного класса, состоит из следующих элементов: ♦ выпрямителя напряжения сети; ♦ преобразователя; ♦ цепи запуска преобразователя, стабилизации и защиты; ♦ формирователя сигнала P.G.; ♦ выпрямителей импульсного напряжения. Основные параметры Входное напряжение (ток)........115 В (6 А)/230 В (3 А). Частота.....................................50/60 Гц. Выходной ток в каналах источника: +3,3 В.....12 А; +5 В.....20 А; +12 В....7 А; +5 B_SB...0,1 А; -5 В....0,5 А; -12 В....0,5 А. Модель исполнена по классической схеме полумостового преобра- зователя с интегральным контроллером на микросхеме DBL494. Цепи защиты, а также формирователь сигнала P.G. реализованы на сдвоен- ном компараторе DBL393. Назначение и состав цепей Функциональное назначение Состав Заградительный фильтр NTC1, С1, R1, СЗ, C4.LF1 Сетевой выпрямитель с фильтром BD1, С8, С9, R5, R6 Вспомогательный преобразователь Q3, ТЗ, R2...R4, R12, R13, ZD1, D3, D6, С5, С6 Полумостовой преобразователь Q1, Q2, D1, D2, R7. R10, С11, С12, Т2, D4, D5, Т1, С13 Каскад управления Q11, Q12, D24, D26...D28, С39, R60...R63 ШИМ-контроллер IC1, R57, СЗЗ, R55, С32 Цепь «медленного запуска» С37, R56 Питание ШИМ-контроллера D24, С31 Элементы токовой защиты IC2, R24, R25, R26, D17, D18 Дистанционное включение PS_ON IC7, Q7, Q8, D21 Формирователь сигнала P.G. R29, R45, R47, С36, D30 Выпрямитель +12 В D10, T1,L2, L5, C21.R23 Выпрямитель минус 12 В D11.D12, L2, IC4, С23 Выпрямитель +5 В D9, L2, С19, L6, С20, R22 Выпрямитель минус 5 В D11, D12, L2, IC5,C22 Выпрямитель +3,3 В D8, IC6, Q4, L8, С18 Выпрямитель +5 B_SB D23, IC3, С13, С14, R35 Входные цепи Для защиты входных цепей источника питания на печатной плате установлен предохранитель F1. Ограничение зарядного тока конденса- торов С8, С9 осуществляется терморезистором NTC1. Заградительный фильтр импульсных помех образован конденсаторами С1, СЗ и С4, дросселем LF1. Фильтр обеспечивает защиту источника питания как от синфазной, так и дифференциальной составляющей импульсных помех.
схема источника питания LC-230ATX пчч гиУГ 148
Г л Ан A 3 СХШЫ И Д| ТАЛЫКК »АССМ01РЖИе ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ CHCTf МН44Х Г 'I 'П IIK I I Напряжение первичной электрической сети поступает далее на выпря- Mill ель BD1, выполненный на диодной сборке PBL405. Полупериоды вып- В рммленного напряжения сглаживаются конденсаторами С8, С9. Резисторы st Им RS, R6, подключенные к С8, С9 параллельно, симметрируют напряжение , на конденсаторах, а также создают цепь их разряда при выключении ис- й ючника питания. Переключатель SW1 обеспечивает функционирование ис- I I ючника питания, как в сети 115 В, так и в сети 230 В. I Источник питания режима «готовность» (Standby) I Источник питания режима «готовность» предназначен для создания I I Начального напряжения питания при запуске ШИМ-контроллера и вы- дичи напряжения питания на системную плату, когда компьютер на- I Iгодится в «спящем» режиме. Этот источник состоит из однотактного I I преобразователя, подключенного к выпрямителю первичной сети, и ста- I бнлизатора вторичного напряжения. I Однотактный преобразователь автогенераторного типа выполнен на I I транзисторе Q3. Постоянное напряжение с положительного вывода вып- I I рнмителя через рабочую обмотку трансформатора ТЗ подводится к кол- I I лектору транзистора Q3. Это же напряжение от делителя R2, R12, R13 I прикладывается к базе этого транзистора, создавая небольшое положи- I I тельное смещение. Транзистор Q3 находится в открытом состоянии, и I I через него начинает протекать ток по цепи: I +Uc9 ——> Q3 (к~э) —> Ucs • I В трансформаторе происходит процесс накопления энергии, в резуль- I в Таге которого в обмотках ТЗ наводятся ЭДС. Обмотка положительной I I обратной связи является источником заряда конденсатора С7. Ток заря- I I да этого конденсатора — запирающий транзистор Q3. Во время запер- I | то( о состояния Q3 трансформатор ТЗ отдает энергию во вторичную цепь. I Защита транзистора Q3 от коммутационных импульсов, обусловленных I , индуктивностью обмоток трансформатора Тб, и от превышения мгновен- I ной мощности на коллекторе Q3 реализована цепью демпфирования, из I I элементов R4, С6, демпфирование выбросов в цепи базы осуществляется I , элементами D6, СЮ, D3, ZD1. Вторичную цепь трансформатора ТЗ обра- I I эуют выпрямительные диоды D23, D24, фильтровые конденсаторы С14, С16, I С31 и интегральный стабилизатор IC3 (напряжения +5 B_SB). I Преобразователь ' Активными элементами преобразователя полумостового типа являют- I с л транзисторы QI, Q2. Второе плечо моста образуют выпрямительные I Конденсаторы С8, С9. Защита преобразователя от «сквозных токов» со- I мается диодами DI, D2, а также наличием «мертвой зоны» между управ- I лиющими импульсами микросхемы IC1. В диагональ моста включена ра- бочая обмотка трансформатора Т1 через разделительный конденсатор С13, I устраняющий нежелательное несимметричное подмагничивание рабочей
обмотки трансформатора. Решстор R64 и конденс.иор ('14 iiiyinupyioi рабочую обмотку 1’1 для демпфирования паразитных колебаний. Режим работы транзисторов преобразователя задается резисторами R7, R10. Эле менты Cll, С12, D4, D5, R8, R9 предназначены для ускорения переход ных процессов при переключениях транзисторов. ШИМ-контроллер и каскад управления Напряжение питания микросхемы IC1 (вывод 12) поступает от выи рямителя D24 вспомогательного генератора. После подачи питания на выводе 14 появляется напряжение внутреннего источника опорного на пряжения микросхемы равное +5 В, запускается задающий генератор и на выводе 5 присутствует пилообразное напряжение. Конденсатор СЗЗ и резистор R57 являются элементами времязадаюшей цепи генератора. 11ц выводах 8, 11 микросхемы IC1 появляются импульсные последователь ности, поступающие на транзисторы каскада управления. Каскад управления состоит из ключевых транзисторов Qll, Q12, реш сторов R60, R61, R62, R63 и цепи D27, D28, С39, задающих их режим работы. Диоды D24, D26 — рекуперационные. Нагрузкой каскада управ ления является трансформатор Т2. Цепи стабилизации и защиты Стабилизация выходных напряжений достигается методом широт- но-импульсного модулирования выходных импульсов. Для этого выход ные напряжения +5 В и +12 В с сумматора R26, R27, SVR3, R58 по ступают на вход 1 усилителя ошибки 1 микросхемы IC1. На второй вход этого усилителя (вывод 2 IC1) через делитель R67, R54 поступает опор ное напряжение. Элементы С32, R55 — частотно-корректирующая цепь усилителя ошибки 1. С выхода усилителя сигнал, пропорциональный напряжению ошиб ки, поступает на широтно-импульсный модулятор для формирования на выводах 8, 11 микросхемы IC1 управляющих последовательностей Защита преобразователя от превышения напряжения и короткого за мыкания в каналах +5 В, -12 В, -5 В и +3.3 В реализована на элемеп тах ZD2, ZD3, D16, D17, D18 и сумматора R24, R25, R26, R30. От этой цепи сигнал поступает на инвертирующий вход компаратора 2 (выв. 6 IC2), на второй вход подано опорное от делителя R34, R31. Выход ком паратора микросхемы (выв. 7 IC2) управляет сопротивлением переход.) коллектор-эмиттер транзистора Q9, эмиттер которого подключен к ис точнику опорного напряжения. В аварийной ситуации от источника опорного напряжения через переход коллектор-эмиттер Q9, диод D22 и резистор R56 начнет протекать ток. При этом увеличится падение на пряжения на R56, а соответственно, и потенциал на входе компаратора «мертвой зоны» (выв. 4 IC1). При достижении напряжения 3,5 В уп равляющие импульсы на выходе ШИМ-контроллера отсутствуют.
ГлАЛаЗ С» М-I И Д< 1АП- II- РА М<НИНИ1 И I ЧНИКОП ПИТАНИЯ ЫЯ ПМНЫХ ГЛОКОР ПК Дистанционное управление преобразователем Дистанционное управление ИП осуществляется сигналом PS ON. Сиг- нал высокого уровня через резистор R32 поступает на управляющий вход стабилизатора шунтового типа IC7. При этом транзистор Q8 открыт. От Источника опорного напряжения +5 В через малое сопротивление пере- мола коллектор-эмиттер Q8, резистор R43, диод D21 и резистор R56 про- текает ток. На вывод 4 IC1 поступает сигнал высокого уровня. Преобра- зователь останавливается, на выводах 8, 11 ИМС импульсы отсутствуют. В случае подачи сигнала PS_ON низкого уровня (транзистор Q8 закрыт) И* выводе 4 IC1 потенциал близкий к нулю, действие компаратора «пау- >а- прекращается, на выводах 8, И появятся импульсы. Формирователь сигнала «питание в норме» В состав схемы формирователя P.G. входит элемент задержки конден- сатор С36 и компаратор 1 микросхемы IC2. При включении источника питания конденсатор С36 разряжен посредством транзистора Q7, входящего а схему сброса сигнала. Поступающий от системной платы сигнал PS_ON низкого уровня приводит к закрытию транзисторов Q7, Q8, осуществляет- ся заряд конденсатора С36. Напряжение заряда С36 поступает через рези- 11 р R47 на неинвертирующий вход компаратора 1 микросхемы IC2. На торой вход компартора 2 подается опорное напряжение R44, R46. Резис- I эром R45 осуществляется положительная обратная связь компаратора IC2. Через время 0,1...0,5 с напряжение заряда на конденсаторе С36 превысит щачение напряжения на выводе 3, при этом на выводе 1 микросхемы IC2 появляется сигнал «питание в норме» P.G. высокого уровня. В аварийных режимах работы сброс сигнала осуществляется транзи- i юром Q10, управляемым с выхода усилителя ошибки 1 микросхемы IC1. Выходные выпрямители Диодная сборка D10 обеспечивает получение выходного напряже- ния + 12 В. Элементы L2, L5, С21 образуют сглаживающий фильтр этого напряжения. Выходное напряжение +5 В формируется диодной сбор- кой D9. Сглаживающий фильтр образован элементами L6, L2, С19, С20. Отрицательные напряжения -5 В и -12 В организовываются интеграль- ными стабилизаторами IC5, IC4 соответственно, подключенных к вып- рямителю Dll, D12. Дроссель L2 и конденсаторы С22, С23 составля- «н сглаживающие фильтры источников. Источник питания +3,3 В выполнен на элементах IC6, Q4. В каче- стве выпрямителя используется диодная сборка D8. Роль регулирую- щего элемента выполняет транзистор Q4. Выходное напряжение источ- ника измеряется делителем SVR1, R16. Элементы R18, С17 предназначены для повышения устойчивости стабилизатора при пере- ртолных процессах. Резисторы R18, R22, R23 являются нагрузками хо- юстого хода источников +3,3 В, +5 В, +12 В, соответственно.
’ I НИТИ ПИ1АНИ»Ч ir И hl > H<bl 1ТИ Типовые неисправности Отсутствуют все выходные напряжения. Проверяется предохранитель Fl, NTC1, дроссель LF1. Проверяется напряжение на С8, С9. При отсутствии напряжения +310 В проверя стен целостность диодного моста BD1, а также конденсаторы С8, С(> При наличии напряжения +310 В проверить исправность элементов пре обра ювателя транзисторы QI, Q2, разделительной емкости С13, демп фирующсй цепи R64, С14. Проверить исправность цепей токовой за щиты. Проверить исправность цепи дистанционного управления источником, соединив корпус с проводом PSON. Отсутствует напряжение +5 B_SB. Проверить исправность транзистора Q3, резистора R2, демпферной цепи R4, С6 и D6, D3, ZD1, СЮ, микросхемы IC3. Отсутствуют некоторые выходные напряжения. Проверить целостность обмоток Т1, исправность выпрямителей D8...D12, конденсаторов С19...С23, дросселей L2, L5, L6. При отсуи ствии напряжения +3,3 В проверить исправность параметрического ста- билизатора IC6 и Q4. При исправности элементов выпрямителя найти неисправность в нагрузке Все выходные напряжения отличаются от номинальных величин. Проверяется исправность источника питания микросхемы U4 (вы вод 12) D24, С31. Проверяется исправность источника питания опор ного напряжения +5 В на выводе 14 микросхемы. Проверяется работо- способность задающего генератора. С помощью осциллографа контролируется «пила» амплитудой 3,2 В. Исправность цепей регулиро вания микросхемы производится путем соединения выводов 4 и 7 IC1, а затем 3 и 7, и контроля на выводах 8, 11 импульсов максимальной длительности. Если сигналы контролируются, то IC1 исправна, неисп равность следует искать среди элементов обратной связи и защиты. Срабатывает защита по току. Проверяется исправность элементов токовой защиты D16...D18, R24...R26, ZD2, ZD3, IC2, Q9, D22, R56. Определить наличие корот- кого замыкания в одном из каналов выходного напряжения. Отсутствует сигнал «питание в норме». Проверить исправность цепи формирования сигнала P.G. — конден сатора С36. Проверить напряжение питания +5 В микросхемы IC2 (вы- вод 8), микросхему IC2. 152
ГЛАПАЗ Cxi МЫ И Д1 1АЛЫЮ1 IW СМОГ' НИ1 И IT >ЧНИК'Х> ПИТАНИИ I И< -I МНЫХ БЛОК Н ПК ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПК ТИП АТХ мощность 230 Вт MPS-8804L Источник MPS-8804L фирмы JNC TECHNOLOGY INC является ГИповым для данного класса, состоит из следующих элементов: • выпрямителя напряжения сети; • преобразователя; • элементов цепи запуска преобразователя, стабилизации и защиты; • формирователя сигнала P.G.; • выпрямителей импульсного напряжения. Источник питания содержит интегральный ШИМ-контроллер уп- равления преобразователем. Остальные цепи, присущие источнику пи- 1«Н!ия, имеют дискретное исполнение. Подробный состав и назначе- ние цепей предлагаемого источника питания приведены в таблице. Основные параметры Входное напряжение (ток)......115 В (6 А)/230 В (3 А). Частота....................................50/60 Гц. Выходной ток в каналах источника (макс, мощность 230 Вт): +3,3 В....8 А; +5 В.....16 А; +12 В.........8 А; +5 B SB..1 А; -5 В........0,8 А; -12 В.....0,8 А. Назначение и состав цепей Функциональное назначение Состав Сетевой выпрямитель с фильтром R101, D101 ...D104, С106. С107, R103, R104 Вспомогательный преобразователь Q701, Q702, T703, R701...R708, ZD701, D702, С701...С703 Полумостовой преобразователь Q301, Q302, D355, D356, R307...R313, С309, С310, T302, D302, D303 Клскад управления Q303, Q304, D304...D308, С311, R314...R318 || ШИМ-контроллер IC201, R228, С216, R227, С215 I Цппь «медленного запуска» С214, R216 Г Питание ШИМ-контроллера D222, D705, С314 Элементы токовой защиты T302, D309, R320, С313, R233...R237, D213, R236, D212, Q205, Q206 Дистанционное включение PS_ON Q801...Q803, R801...R808, ZD801 Формирователь сигнала Р. G. R603, D601, С601, Q602, Q603 Выпрямитель +12 В D415, Т401, L402, L403, С420, R448 Выпрямитель минус 12 В D419...D421, L406, С426, R452 Выпрямитель +5 В D418, L402, С422, L404, С425, R450 Выпрямитель минус 5 В D416 D417, L402, L405, С424, R451 Выпрямитель +3,3 В Q501, R501 ..R505, IC501, С501...С503 Выпрямитель +5 B_SB D704, C704, IC701.C705 Входные цепи Для защиты входных цепей источника питания на печатной плате установлен предохранитель F. Ограничение пускового тока осуществля- ется терморезистором R101. Напряжение первичной электрической сети 153
I " I I Ml H >’ ЧНИ1ЦПИ1АНИ.1 II* И III I ИФГ• •ИИ поступаем далее на выпрямитель DIOI...1)104, iii>iiioiiiicinii>iii по моею noil схеме. Полупериоды выпрямленного напряжения сглаживаются кон денсаторами С106, С107. Резисторы R103, R104, подключенные к С106, ('107 параллельно, симметрируют напряжение на конденсаторах, а так же создают цепь их разряда. Переключатель Ml02 обеспечивает функ ционирование источника питания как в сети 115 В, так и в сети 230 В. Источник питания режима «готовность» (Standby) Источник питания режима «готовность» предназначен для создания начального напряжения питания при запуске ШИМ-контроллера и вы дачи напряжения питания на системную плату, когда компьютер на ходится в «спящем режиме». Этот источник состоит из однотактного преобразователя, подключенного к выпрямителю первичной сети, и ста "илизатора вторичного напряжения. Однотактный преобразователь автогенераторного типа выполнен на трап щеторе Q701. Постоянное напряжение с положительного вывода выпря мителя через резистор R702, рабочую обмотку трансформатора Т703 пол водится к коллектору транзистора Q701. Это же напряжение через резисторы R702, R701 прикладывается к базе этого транзистора, создавая небольшое положительное смещение. Транзистор Q701 находится в открытом состоя нии, и через него начинает протекать ток по цепи: +^ctoe Т703 —» 0701 (к-э) —-> —Uci07- В трансформаторе происходит процесс накопления энергии, в резуль- тате которого в обмотках Т703 наводится ЭДС. Обмотка положительной обратной связи является источником заряда конденсатора С701. Ток за- ряда этого конденсатора запирает транзистор Q701. Во время запертого состояния Q701 трансформатор Т703 отдает энергию во вторичную цепь. Защита транзистора Q701 от коммутационных импульсов, обусловлен- ных индуктивностью рассеивания обмоток трансформатора Т703, и от пре- вышения мгновенной рассеиваемой мощности транзистором Q701 реали- зована цепью демпфирования цепи базы осуществляется элементами Q702, D701, D702, С703, ZD701. Вторичную цепь трансформатора Т703 образуют выпрямительные ди- оды D705, D704, конденсаторы D704, D705 и интегральный стабилиза- тор +5 B_SB IC701. Преобразователь Активными элементами преобразователя полумостового типа являются транзисторы Q301, Q302. Второе плечо моста образуют выпрямительные кон денсаторы С106, С107. Защита преобразователя от «сквозных токов» созда- ется диодами D355, D356, а также наличием «паузы» между управляющи- ми импульсами микросхемы IC1. В диагональ моста включена рабочая 154
Г лапа 3 Cxi mi i и д| тлт ic >1 гл < мош ни! источников питания исп мних ь/юков ПК Обмотка трансформатора Т401 через разделительный конденсатор С326, устраняющий нежелательное несимметричное подмагничивание рабочей Смотки трансформатора. Резистор R305 и конденсатор С308 шунтируют рабочую обмотку Т401 для демпфирования паразитных колебаний. Режим работы транзисторов преобразователя задается резисторами R309, R313. Элементы С309, С310, D302, D303, R307, R310 предназначены для ускоре- ния переходных процессов при переключениях транзисторов. ШИМ-контроллер и каскад управления Напряжение питания на микросхему IC1 (вывод 12) поступает от вып- I чмителя D705 вспомогательного генератора и выпрямителя D222, С223. 11осле подачи питания на выводе 14 появляется напряжение внутреннего источника опорного напряжения микросхемы +5 В, запускается задающий Генератор, и на выводе 5 присутствует пилообразное напряжение. Конден- сатор С216 и резистор R228 — элементы времязадающей цепи генератора. Ни выводах 8, 11 микросхемы IC1 появляются импульсные последователь- ности, поступающие на транзисторы каскада управления. Каскад управления состоит из ключевых транзисторов Q303, Q304, резисторов R315, R318, R316, R317 и цепи D307, D308, С311 задают мк режим работы. Диоды D305, D306 — рекуперационные. Нагрузкой кпекада управления является трансформатор Т302. Цепи стабилизации и защиты Стабилизация выходных напряжений достигается методом широтно- импульсного модулирования выходных импульсов. Для этого выходные нзпряжения +5 В и +12 В с сумматора R222...R225 поступает на вход 1 усилителя ошибки 1 микросхемы IC1. На второй вход этого усилителя (ныв. 2 IC1) поступает опорное напряжение от источника опорного на- пряжения через резистор R219. Элементы С215, R227 — частотно-кор- рсктирующая цепь усилителя ошибки 1. С выхода усилителя сигнал, пропорциональный напряжению ошиб- ки, поступает на широтно-импульсный модулятор для формирования на ныводах 8, И микросхемы IC201 управляющих последовательностей. Сигналы от датчиков защиты (чрезмерного тока в преобразователе и короткого замыкания) суммируются на входе транзистора Q206. Датчик короткого замыкания D213, R235, датчик защиты от чрезмерных токов — обмотка w3 трансформатора Т302. Обмотка w3 нагружена на выпрями- и|ль D309, R320, С313. В аварийной ситуации транзисторы Q206, Q205 ^Открываются. При этом через открытый транзистор Q205 и диод D210 ток, протекающий через эти элементы, создает такое падение напряжения на резисторе R216, которое выключает преобразователь. В этом случае на выводах 8, 11 микросхемы IC201 импульсы отсутствуют. 155
R101 SCK D101 D104 C106 RL206 330,0 200 В R103 ЗООк M102 F5A 230 В R104 ЗООк С107^= 330,0 200 В D355 PR1007^ С326 0,1 250 В Q301 2SC2335 Q302 2SC2335 2k ) D356\ PR1007/ R307 D30? 2,2 1N4148 C309 R308 2 R309 2,7к 1.0 50В R3!О D303 R312 2 R313 2,7к 2,2 1N4148 С310 1,0 50 В С 701 0,01 R702 4,7 Q702 ZD701 R703 100 R704 10,1 D703 FR153 С704 " 2 100,0 25 В 2SC181 R708 -т- 100 C702 1000 12 В R504 IC501 НА431 ЕМ— 6,8 В I R706| 1 510 J R707 Й =j= IC701 Igj V + KA7805 "I С703 10,0 25 В +5 В J-. R503 Z 15к С502 -J- 0,1 С503 О 01 L501 Q501 Р3020Е R502 Зк R501 1,2к D704 IN +5 B_SB Т401 6СО3313120 D705 FR155 С308 R305 2200/1 кВ 100 С501 1000,0 10 В +3,3 В Q L40. I L403 R452 470 -12 В D418 SBL2040CT С420 470,0 16 В R505 12к (С425 1000, 10 В R448 I С419 | 0,01 R449 4,7 OUT С421 0,01 __ D417 AFR155 С418Т" 2\ю 0,01 С705 100,0 25 В С426 220,0 16 В D421 FR155 С424 220,0 16 В R451 150 L402.3 D415 V FO6C20C “ ’ L402.2 С422 . 1000,0 L405 L404S 10 в R450 150 470 Принципиальная схема источника питания 156
Т302 *011905110 1,5к D306 1N4148 D305 1N4148 R316 2,7k ’ V7D304 • --1N4148 0304 2SC945 D307 1N4148 V D308 1N4148 C311 1,0 50 В 0309 1N4148 —H- R320 330M R233 33k -L- R230 4,7k C217 0206 0 0, 2SC945 W3 D222 FR155 a C313 -L- R234| 4,7 50 В 32,4i 0205 R317 R229KI2SC945 1k . ,ZI R231 D211 1k 1N4148 + C314 R237 D212 47 0 +5 В 0-ГУП' R232 0419 FR155 1k 1N4148 150k R235 -12 В ф--ГуП— Ik -5 В ф---X— 0213 1N4148 +5 В 1N4148 I’.-ON Р808 15к Я)801--1 • ,2В А 0,01 2SC1815 Linkworld модели MPS-8804L 157
Дистанционное управление преобразователем Дистанционное управление источником шпапия осуществляется сигналом PSON. Сигнал высокого уровня через элементы R802, ZD801, R808, С801 приходит на базу транзистора Q803 и открывает его. При этом гок, протекающий по цепи: +UBblB 14IC201 -> R803 -> R804 —> Q803 (к-э) -> корпус, создает такое падение напряжения на резисторе R803, что транзистор 0801 открывается. На вывод 4 IC1 от источника опорного напряже ния через Q801, R805, D801, D802, R216 протекает ток, создающий на ление напряжения на резисторе R216, достаточное для остановки пре образователя. На выводах 8, 11 микросхемы импульсы отсутствуют Л также открывает Q802 для прекращения выдачи сигнала P.G. В случае сигнала PS_ON противоположного уровня транзисторы Q801, Q803 поменяют свое состояние, на выводах 8, 11 появятся импульсы. Формирователь сигнала «питание в норме» В состав схемы формирователя P.G. входит элемент задержки, конден- сатор С601 и триггер на Q602, Q603. При включении питания конденсатор С601 разряжен. Сигнал включения PSON низкого уровня закрывает трап зистор Q802, разрешая тем самым транспортировку напряжения заряда кон- денсатора С601 через делитель R604, R608 на вход триггера. Триггер уста- навливается в единичное состояние, при этом на выходе Q603 появляется сигнал «питание в норме» P.G. высокого уровня. Выходные выпрямители Диодная сборка D415 обеспечивает получение выходного напряже- ния + 12 В. Элементы L402, L403, С420 образуют сглаживающий фильтр этого напряжения. Подавление высокочастотных импульсных помех осу- ществляется цепочками R446, С419. Выходное напряжение +5 В фор- мируется диодной сборкой D418. Сглаживающий фильтр в этом канале образован элементами L402, L404, С422, С425. Отрицательные напря- жения -5 В и -12 В организованы на дискретных диодах D416, D417 и D419, D420, D421, соответственно. Элементы L406, С426 и L403, L405, С424 составляют сглаживающие фильтры конденсаторов. Источник питания +3,3 В выполнен на стабилизаторе компенсацион- ного типа. В качестве выпрямителя используется диодная сборка D418. Роль регулирующего элемента выполняет транзистор Q501, ток базы ему задает параметрический стабилизатор IC501. Выходное напряжение источ- ника измеряется делителем R501, R502, R505. Элементы R503, С502 пред- назначены для повышения устойчивости стабилизатора при переходных процессах. Резисторы R448, R450, R451, R452 являются нагрузками холо- стого хода источников +12 В, +5 В, -5 В, -12 В, соответственно. 158
Типовые неисправности I Отсутствуют все выходные напряжения. Проверяется предохранитель F1, резистор R101. Проверяется напря- жение на С106, С107. При отсутствии напряжения +310 В проверяется Целостность диодного моста D101...D104, а также резисторы R103 и R104. При наличии +310 В проверить исправность элементов преобразователя ж* транзисторы Q301, Q302, разделительной емкости С326, демпфирую- I Шей цепи R305, С308. Проверить исправность цепи дистанционного уп- равления источником, соединив корпус с проводом PS_ON. Отсутствует напряжение +5 B_SB. Проверить исправность транзисторов Q701, Q702, резисторов R702, R701, D701, D702, ZD701, D703, С703, неисправный элемент заменить. Отсутствуют некоторые выходные напряжения. Проверить целостность обмоток Т401, выпрямителей D415...D421, Конденсаторов, дросселей. При отсутствии напряжения +3,3 В проверить исправность параметрического стабилизатора IC501 и Q501. При исправ- ности элементов выпрямителя определить неисправность в нагрузке. все выходные напряжения отличаются от номинальных величин. Проверяется исправность источника питания микросхемы IC201 (вы- вод 12) D705, D222, С314. Проверяется исправность источника питания г опорного напряжения +5 В на выводе 14 микросхемы. Проверяется ра- ботоспособность задающего генератора, с помощью осциллографа конт- ролируется «пила» амплитудой 3,2 В. Исправность цепей регулирования микросхемы проверяются путем соединения выводов 4 и 7 IC201, а за- | тем 3 и 7, и контроля на выводах 8, И импульсов максимальной дли- тельности. Если сигналы контролируются, то IC201 — исправна, неис- правность следует искать среди элементов обратной связи и защиты. Срабатывает защита по току. (Проверяется исправность элементов токовой защиты Т302, D309, ('313, D213, R235, Q205, Q206, D210, R217. Определить наличие ко- роткого замыкания в одном из каналов выходного напряжения. Отсутствует сигнал «питание в норме». Проверить исправность цепи формирования сигнала P.G., конден- сатора С601, проверить наличие напряжения питания +5 В, исправность элементов триггера Q602, Q603, исправность элементов цепи дистанци- онного управления, сброса Q601, Q802. Неисправный элемент заменить. Отсутствие дистанционного управления источником. Проверить исправность элементов цепи дистанционного управления: Q801, Q802, Q803. В случае необходимости неисправный элемент заменить. 159
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПК ТИП АТХ МОЩНОСТЬ 100 Вт LITEON Состав источника питания Источник питания LITEON фирмы TAIWAN LITON ELECTRONIC СО., I td модели PS-5101-1F1 состоит из следующих элементов: • выпрямителя напряжения сети; ♦ преобразователя; ♦ ШИМ-контроллера; ♦ элементов цепи запуска преобразователя, стабилизации и защиты; ♦ дистанционного управления; ♦ терморегулятора; ♦ выпрямителя импульсного напряжения. Основные параметры Входное напряжение....................115 В; 230 В. Входной ток ......................... 4 А;......2 А. Частота.....................................60/50 Гц. Мощность ....................................100 Вт. Выходной ток в канале источника: +5 В...12 А; +5 B_Sb.....1,5 А; +12 В.........5 А; -5 В...0,3 А; +3,3 В.......7 А; -12 В.........0,3 А. Назначение и состав цепей Функциональное назначение Состав Заградительный фильтр L001, С002, С005, С006, С007 Сетевой выпрямитель с фильтром D050, С050, С051, С052, R053 Вспомогательный преобразователь IC600, Q601, R601, R602, R603, ZD600, D608, R600, С600, С601, D601, D602, РС601 Преобразователь Q050, R058, R059, ZD050, T050 ШИМ-контроллер (субмодуль PS-5101-1-2) U101,Q100, Q101, Q102, D605, D604 Q607 Питание ШИМ-контроллера R052, R053, D052, D053, L051, С054 Дистанционное включение PS ON Q620, Q625, РС600, Q621 Элементы защиты U301, D621, Q622, Q623, Q624 Терморегулятор Q700, НТ701, R700, ZD701 Формирователь сигнала P.G. U301,C303,C304 Выпрямитель +12 В D200, L200, L201, С201 Выпрямитель -12 В D230, D220, L200, С230, IC230, D222, С231 Выпрямитель +5 В D210, L200, L212 Выпрямитель -5 В D221, С220, IC220, С221, D231 Выпрямитель +3,3 В Q500, IC500, VR500, R500, R503, R504, С504, R505, С501 Выпрямитель +5 B_Sb D610, С610, L610 160
6 Зак 1021 161
Выпрямитель напряжения сети Напряжение электрической сети переменного тока через плавкую вставку !•', дроссель L001, термистор TR050 поступает на выпрямитель 1)050. Элементы L001, С002, С005, С006 образуют заградительный фильтр, предотвращающий проникновение в электрическую сеть им пульсных дифференциальных помех, создаваемых источником питания для бытовой электронной аппаратуры. Мостовой выпрямитель напряжения сети образован диодной сбор кой D050, фильтрация пульсаций осуществляется последовательно со единенными сглаживающими конденсаторами С050, С051 и конденса- тором С052. В рабочем режиме на положительной обкладке конденсатора С050 напряжение +310 В Питание источника от сети 115 В возможно в замкнутом состоя нии переключателя SW001, при этом один из выводов переменною напряжения соединяется со средней точкой конденсаторов С050, C05I, В этом случае выпрямитель с конденсаторами фильтра просто транс- формируется в схему удвоения напряжения, сохраняя значение вып рямленного напряжения +310 В на положительной обкладке кондеи сатора С050 и в этом режиме питания источника. Вспомогательный преобразователь Вспомогательный преобразователь постоянно подключен к сети переменного напряжения при включении источника в сеть. Преобра зователь выполнен на микросхеме IC600 трехвыводного импульсною источника питания TOP200Y со встроенным полевым транзистором. Цепь подпитки образована выпрямителем D601, С601. Обеспечение плавного запуска преобразователя IC600 и защита его входной цепи oi перенапряжения осуществляется транзисторным каскадом Q601, R601...R603. Демпфирование выброса в первичной обмотке Т500 осу ществляется элементами ZD600, D608. Поддержание напряжения на выходе преобразователя постоянному значению осуществляется цепью обратной связи. Резистивный делитель R612, R613 представляет изме рительный элемент этой цепи. Опорное значение тока задается управ ляемым стабилитроном IC610. Управляющий элемент — фотодиод он топары РС601, а регулирующий — фототранзистор РС601. Преобразователь Преобразователь обратноходового типа, выполнен на п-канальном МДП транзисторе Q050. Напряжение с положительного вывода вып рямителя D050 через первичную обмотку трансформатора Т050 при кладывается к стоку Q050. Одновременно полупериоды выпрямленно го напряжения через резисторы R052, R053 поступают на контакт 7 162
Ьубмодуля PS-5101-1-2 для питания микросхемы контроллера преоб Ьа юнат ел я (вывод 7 U101). В субмодуле микросхемой U101 формируется опорное напряжение В5 В (вывод 8 IC2), дополнительная фильтрация этого напряжения Осуществляется конденсатором С100. Конденсатор С105 заряжается от норного по цепи: +5 В (вывод 8 IC2) -» Q100 (к-э) -> R112 -» С115 -> корпус. При напряжении на конденсаторе +2,4 В процесс заряда заканчи- вается и включается внутренняя цепь разряда, формируя при этом пилообразное напряжение на выводе 4 микросхемы U101. Частота сле- дования пилы совпадает с частотой задающего генератора микросхе- мы, длительность импульса определяется продолжительностью разря- да конденсатора С105. Задний фронт импульса задающего генератора определяет начало формирования выходного импульса прямоугольной формы микросхемы (вывод 6 U101). Этот прямоугольный импульс че- рез вывод 1 субмодуля поступает на пусковую цепочку R118, R119, D105 |роизистора Q050 преобразователя, при отпирании которого протекает to к по цепи: +U (D050) -» Т050 -> 0050 (сток-исток) R059 -> -U (BR1) Диод ZD050 ограничивает амплитуду импульсов на затворе Q050. При протекании тока через первичную обмотку силового трансфор- матора Т050 происходит процесс накопления энергии в рабочей обмотке Т050, передача этой энергии во вторичные цепи источника питания и заряд конденсаторов С050, С051. Установившийся режим работы преобразова- теля начнется после того, когда напряжение на конденсаторах С050, С051 Достигнет величины +310 В. При этом на микросхему U101 (вывод 7) нач- нет поступать напряжение подпитки контроллера на контакт 7 субмоду- 1Я от источника, выполненного на элементах D052, D053, L051, С054. Защита силового ключа от коммутационных импульсов, обусловлен- ных индуктивностью рассеивания обмоток импульсного трансформа- тора, и от превышения мгновенной мощности на стоке реализована Цепью демпфирования, образованной элементами D051, С053. ШИМ-контроллер и цепи стабилизации Цепи ШИМ-контроллера, в качестве которого выступает микросхе- ма U101 с опережающим токовым регулированием типа UC3843B, раз- мещены в субмодуле PS-5101-1-2. Информация о токе в транзисторе пре- образователя Q050 с резистивного датчика тока R059 через R117 поступает ил контакт 2 суб модуля, откуда далее она поступает на вход компарато- ра тока (выв. 3 U101). Для системы управления по напряжению в каче- 163
сIвс информационною выщупает выходное напряжения источника t‘ В. Это г сигнал, пропорциональный значению выходных напряжении через оптопару 1’СЗОО и резистор R105 субмодуля поступает на вход уси ттеля ошибки (вывод 2 U101) микросхемы Длительность выходных импульсов ШИМ-контроллера (вывод ft U101) в установившемся режиме определяется этими сигналами. При этом транзистор силового ключа Q050 включается внутренним генеря тором микросхемы, а выключается в тот момент, когда сигнал токо вой обратной связи превысит отклонение по напряжению. На стоке < >050 формируется прямоугольный импульс, длительность которою определяется длительностью выходных импульсов контроллера U10I. Элементы R104, С102 представляют цепь коррекции усилите nt ошибки. Конденсатор С106 — высокочастотный фильтр сигналов с лат чика тока. Дистанционное включение источника Дистанционное включение источника питания происходит под во» действием сигнала PSON, имеющим уровень логического нуля в ак- тивном состоянии. Предварительно рассмотрим выключенное состояние источника пи тания. Высокий уровень напряжения по линии PS_ON устанавливает транзистор Q621 в закрытое состояние. В этом случае ток через фото диод оптопары РС600 отсутствует. Небольшой положительный потенции i от выпрямителя D050 через резисторы R053, R054, R052, R100 и вывод 8 соединительного разъема субблока PS-5101-12 поступает на базу трап зистора Q607, открывая его. Выход усилителя ошибки по напряжению (вывод 1 U101 субмодуля) ШИМ-контроллера оказывается шунтирован цым малым сопротивлением перехода коллектор-эмиттер Q607 и прямо смещенных диодов D101, D604. Генерация импульсов на контакте I разъема субблока в этом случае отсутствует (могут присутствовать им пульсы, следующие с очень большой скважностью, недостаточной для появления напряжений на выходных выпрямителях). В активном состоянии сигнала PS_ON через фотодиод оптопары РС600 будет протекать ток по цепи: +5 B_SB -> В625 -> РС600 (вывод 1-2) Q621 (к-э) -> корпус. При этом транзисторный ключ Q607 закрывается, ШИМ-контрол лер U101 начинает работать в обычном режиме. Формирователь сигнала «Напряжение питания в норме» (P.G.) Формирователь сигнала «Напряжение питания в норме» (P.G.) вы полнен на микросхеме U301 монитора вторичных цепей блока пита 164
Глава 3 ' xi мп и ,ц алы«м раг- м ини!и | чник япитанияI и- пмннх«покоя ПК ння КА3501 (Hairchild Semiconductor) Микросхемой контролируются и существляется защита от перегрузки по напряжению пары исгочни- Оп напряжения: +5 В, подаваемого на вывод 4 U301, а также источ- ника + 3,3 В, поступающего на вывод 5 U301 с делителя R305, R301. Напряжение питания +12 В (вывод 3 U301) используется для создания прецизионного источника опорного напряжения 2,5 В (вывод 2 U301), используемого в цепях защиты микросхемы, его настройка осуществ- ляется резистором VR301. Если выходное напряжение источников питания (прежде всего +5 В, Ь3,3 В) соответствует норме, то на выводе 11 U301 формируется сигнал P.G. с задержкой, определяемой постоянными времени заряда конденса- |оров СЗОЗ и С304. Элементы R303, С301, С302 представляют цепь час- тотой коррекции усилителя обратной связи источника +2,5 В. Питание ММ микросхему поступает от внешнего источника UnI1T через элементы I >101, R300, D311 на вывод 7 микросхемы U301. Сброс сигнала P.G. происходит без задержки при наличии откло- нений в цепях питающих напряжений. Цепи защиты Защита от перегрузки по напряжению (превышению выходных на- пряжений своих номинальных значений) реализуется элементами over Voltage protection OVP микросхемы U301, а также транзисторами Q622...Q624. В режиме перегрузки, т.е. повышении напряжения на вывод 4 до 6,0 В или до 3,5 В на вывод 5, срабатывает зашита, вызы- вающая установку триггера Q622, Q623 в состояние, когда на выводе 2 Q622 уровень логической 1. При этом ключ на транзисторе Q4 пере- водится в нормально замкнутое состояние, шунтируя фотодиод РС600. И этом случае ШИМ-контроллер переводится в спящий режим. Выпрямители импульсного напряжения Выпрямители импульсного напряжения вторичных источников пита- ния используют типовую двухполупериодную схему выпрямления со сред- ней точкой, обеспечивающую необходимый коэффициент пульсаций. Напряжение +12 В формируется выпрямителем на диоде D200. ( 1лаживание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется фильтром L200, L201, С201. Выпрямитель +5 В выполнен на диоде D210 типа SBL3040PT, пуль- сации выходного напряжения сглаживаются фильтром на элементах I 200, L212. Транзисторный стабилизатор +3,3 В подключен к выпрямителю +5 В. Стабилизатор последовательного типа, в качестве регулирующего элемента используется транзистор Q500, смещение в цепь базы формируется рези- 165
сюром R (b 01 bi шримппня + 1 В и маломощною <1 ibiiuinaюра К (HI iiina KA431. Настройка с шпили за юра ocyuiecm i>ieic i iioieiinnoMcipoM VR500, изменяющим коэффициент деления измерительной цепи R5(H R504, VR500 выходною напряжения стабилизатора. Конденсаторы ('5(11 С504 — фильтры выходной цепи. Источник питания минус 5 В образован выпрямительным диодом 0221 и интегральным стабилизатором IC220 типа КА7905, на входе и выходе которого включены сглаживающие конденсаторы С220, C22I резистор R220 — нагрузочный. Для выпрямителя минус 12 В используются диоды D230, D220 и интегральный стабилизатор IC230 типа КА7912. Конденсаторы С230 С231 — входной и выходной фильтры стабилизатора, резистор R230 нагрузочный. Для снижения уровня помех, излучаемых импульсными выпрями гелями в электрическую сеть, параллельно диодам D210, D200 выпри мителей +5 В и +12 В включены резистивно-емкостные фильтры R210 R211, С212, R212, С201 и R200, С202. Терморегулятор Поддержание теплового режима источника питания осуществляем ся терморегулятором, выполненным на транзисторном каскаде Q70II через который питается двигатель вентилятора от источника +12 В. И i мерение температуры осуществляется датчиком НТ701. Напряжение пи тания на двигатель выдается через разъем FAN. Типовые неисправности Перегорает сетевой предохранитель F 5А. В этом случае необходимо проверить исправность элементов загра дительного фильтра и сетевого выпрямителя (L001, С002, С005...С00 D050, С050...С052, R053), а также проверить исправность транзисторi Q050 и резистора R059. Выходные напряжения модуля питания отсутствуют. Проверяется наличие напряжения 4- 310 В на последовательно со единенных конденсаторах С050, С051. При его отсутствии проверят ся исправность элементов сетевого выпрямителя. При наличии сипы ла PS_ON проверить исправность элементов цепи дистанционною включения Q620, Q621, РС600, а также защиты U301, Q622...Q624 В случае их исправности проверяется напряжение питания микро схемы U101 субмодуля между выводом 7 и корпусом. При его отсу| 166
I ЛАнл 3 См МН И /и 1 АЛ» н<)1 I Л М( 1Г1НИ1 И ' )‘1НИ»1 I' Г1И1АНИ4 1 И< II Mill I* I Л(»« । »|i I 1Г и вин проверяется iicnpainiocib резисторов RO53, R054, R052, элимсп |нв тракта запускающих импульсов (Q050, RUS, R119, ZD050, R059). При наличии напряжения питания порядка +17 В. В случае исправно- 1и перечисленных выше элементов, заменить U101. Выходные напряжения питания выше или ниже нормы. Проверяется исправность цепей обратных связей резисторов R059, Г( 300, Q101, в случае их исправности заменить микросхему U101. Огсутствует сигнал P.G. Следует проверить наличие питающих напряжений +5 В, +12 В, В 1,3 В на выводах 4, 3, 5 микросхемы U301, конденсаторы СЗОЗ, С304, Я случае необходимости заменить микросхему U101. Отсутствует дистанционное включение источника питания. Проверить наличие на контакте PS-ON потенциала корпуса (нуля), исправность транзисторов Q620, Q621, оптопары РС600. В случае их исправности заменить U101 на субмодуле. Отсутствует напряжение +5 B_SB. Проверить исправность элементов РС601, Q601, D601, ZD600, С600, | также исправность элементов D610, С610 Отсутствует вращение вентилятора. Проверить наличие +12 В, в случае его отсутствия устранить неис- правность канала +12 В, наличие напряжения -5 В, а также проверить исправность Q700, терморезистора НТ701, вентилятора. 167
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПК тип АТХ мощность 150 Вт MXF-150TF Состав источника питания Источник питания MXF-150TF фирмы MOREX INFORMATION Со., Ltd состоит из следующих элементов: ♦ выпрямителя напряжения сети; ♦ преобразователя; ♦ ШИМ-контроллера; ♦ элементов цепи запуска преобразователя, стабилизации и защиты; ♦ дистанционного управления источником; ♦ терморегулятора; ♦ выпрямителей импульсного напряжения. Параметры Входное напряжение...........100... 127 В;....200...240 В. Входной ток.......................5 А;...........2,5 А. Частота.....................................50/60 Гц. Мощность....................................150 Вт. Выходной ток в канале источника: +5 В.....11 А -5 B_SB....0,72 А +3,3 В........7 А. - 5 В...0,3 А +12 В.........5 А Назначение и состав цепей Функциональное назначение Состав I Заградительный фильтр Сх, THR, Сх1, TF1, Сх2, CY1, CY2 Сетевой выпрямитель с фильтром RD1...RD4, С1, С2, С13, R3, R4, VZ1, VZ2 Вспомогательный преобразователь QA1...QA3, ICA1, ZDA1, DA1...DA3, СА1...СА4. RA1...RA7 RA10, RA11 Преобразователь Q1, Q2, D5, D6, R5...R8, D7...D10, С4, С5, С6, Т1 ШИМ-контроллер IC1,R40, С12, R22, С11 Каскад управления Q3, Q4, D12, D13, D14, D15, С36, Т2 Медленный запуск С9, R44 Дистанционное включение PS ON IC2, R30, IC1 Элементы защиты D32, R22, ZD2, ZD3 Формирователь сигнала P.G. IC2 Выпрямитель +12 В D29, L1,L2, G21 Выпрямитель -12 В D26, D27, L1, D28, L4, С16, R70 Выпрямитель +5 В D33, L1, L3, С22, С23, R60 Выпрямитель -5 В D24, D25, L1, L5.C15 Выпрямитель +3.3 В D35, L8, L6, С17, С32, D40, D41, Q5, IC4 Выпрямитель +5 B_SB DA4, СА5, СА6, LA1 168
169
ИПи’*"и” Выпрямитель напряжения сети 11апряжсние электпиио/...--* .....ель напряжения сети Напряжение электрической сети переменного тока через плавкую вставку F, терморезистор THR, дроссель TF1 поступает на выпрями i тель RD1...RD4. Элементы Сх, Cxi, TF1, CY1, CY2 образуют загради I тельный фильтр, предотвращающий проникновение в электрическую сеть импульсных дифференциальных помех, создаваемых ИП для бы I товой электронной аппаратуры. МОСТОВОЙ ВЫППЯМн^"' --- аистовой выпрямитель напряжения сети образован диодной сбор кой RD1...RD4, фильтрация пульсаций осуществляется последователь но соединенными сглаживающими конденсаторами Cl, С2 и кондеи сатором С13. В рабочем режиме на положительной обкладке I конденсатора С1 напряжение +310 В. 1 Питание источника от сети 115 В возможно в замкнутом состоя-I нии переключателя SW1, при этом один из выводов переменного на- I пряжения соединяется со средней точкой конденсаторов Cl, С2. В этом I случае выпрямитель с конденсаторами фильтра просто трансформиру I ется в схему удвоения напряжения, сохраняя значение выпрямленного I напряжения +310 В на положительной обкладке конденсатора С1 и в I этом режиме питания источника. I Вспомогательный преобразователь Вспомогательный преобразователь подключен непосредственно к выходу сетевого выпрямителя и схематически представляет автокоде- Н бательный блокинг-генератор. Основными элементами блокинга явля ются транзистор QA1 и трансформатор ТЗ. Цепь положительной об ратной связи образуют вторичная обмотка трансформатора, конденсатор САЗ, резистор RA3. В момент подачи питания начинает развиваться блокинг-процесс и через обмотку wl трансформатора ТЗ начинает про- текать ток. Магнитный поток, создаваемый этим током, наводит ЭДС^И в г положительной обратной связи w2. При этом заряжается — о СДТ и происходит намагничивание трансформатора. Том зарядный ток конденсатора САЗ приводят к у меч и. тока QA1 и его последующему запиранию. Демпфи в коллекторной цепи Q1 осуществляется элементами а в базовой цепи — транзисторным каскадом QA2. Элементы DA2, ZDA1, R8 участвуют в работе защиты базового пере хода транзистора QA1 блокинга от перенапряжения. ^В Преобразователь В Двухтактный преобразователь полумостового типа составляет основе ^^В силовой части принципиальной схемы. Силовыми элементами преоЬ ^^В разователя являются транзисторы QI, Q2 типа 2SC4242 и обратно диоды D5, D6. Вторая половина моста образована кон и кса юрами ( I В 170 в обмотке г"___ конденсатор САЗ намагничивания и шению базового рование выброса RAI, CAI, DA1. Глава 3 Сх1 мы и fabhiol рассмош нит источнике и. пиония сиси мных ьлокот ПК С2, образующими делитель выпрямленного напряжения. В диагональ и ого моста включена первичная обмотка трансформатора Т1. Для ис- к ночения возможности несимметричного подмагничивания трансфор- матора Т1, что может иметь место при переходных процессах в преоб- разователе, применяется разделительный конденсатор С6. Режим работы । ранзисторов задается элементами R5...R8. Управляющие импульсы на транзисторы преобразователя поступа- Ьт через трансформатор Т2. Однако, запуск преобразователя происхо- дит в автоколебательном режиме, при открытом транзисторе Q2 ток протекает по цепи: +U (BD) -» 02 (к-э) -> Т2 -> Т1 -» С6 -> С2 -» -U (BD). В случае открытого транзистора Q1 ток протекает по цепи: +U (BD) -» С1 -» С6 -» Т1 -> Т2 -» 01 (к-э) -> -U (BD). Через переходные конденсаторы С4, С5 в базу ключевых транзис- торов QI, Q2 поступают управляющие сигналы. Диоды D7, D8 образу- пн цепь разряда конденсатора С4, a D9, D10 — цепь разряда С5. При протекании тока через первичную обмотку Т1 происходит про- II чс накопления энергии трансформатором, передача этой энергии во Вторичные цепи источника питания и заряд конденсаторов Cl, С2. становившийся режим работы преобразователя начнется после того, >йк суммарное напряжение на конденсаторах Cl, С2 достигнет вели- чины + 310 В При этом на микросхеме IC1 (вывод 12) появится пита- ние от вспомогательного преобразователя. Каскад управления Каскад управления выполнен по типовой схеме и состоит из эле- ментов Q3, Q4, D14, D15, С36. Нагрузкой каскада являются полуоб- м<чки wl, w2 трансформатора Т2, в точку соединения которых I вывод 2) подается питание на схему с контакта 10 субмодуля через К10. Смещение в базовые цепи транзисторов Q3 и Q4 формируют ре- >|ь юры R12 и R11, соответственно. Импульсы управления с микро- схемы ШИМ-формирователя поступают на базы транзисторов схемы. Под воздействием управляющих импульсов один из транзисторов, на- пример, Q3, открывается, а второй, Q4, соответственно, закрывается. Пндсжнос запирание транзистора осуществляется цепочкой D14, D15, Вб. Гак, при протекании тока в открытом транзисторе Q3 по цепи: *25 В (ТЗ) -> контакт 8 субмодуля -> D11 R9 контакт 12 субмодуля -> R10 Т2 > ОЗ(к-э) D15, D14 -» корпус 1 1
< IMII'I MI HHbH И< |1 »«, И пимниь ПК И ГМ '-и .> СИИ и эмитн’рс этого транзистора формируется падение напряжения +1,6 В. Его достаточно для запирания транзистора Q4. Наличие конденсатора С36 способствует поддержанию запирающего потенциала во время «на узы». По такой же цепи протекает ток через транзистор Q4. Диоды D12, D13 предназначены для рассеивания магнитной энср гии, накопленной полуобмотками трансформатора Т2. ШИМ-контроллер и цепи стабилизации ШИМ-контроллер размещен на отдельном субмодуле, выполнен на микросхеме TL494, предназначен для формирования управляющих последовательностей полумостовым преобразователем. Конденсатор С12 и резистор R40 образуют времязадающую цепь генератора контролле- ра, резистор R22 и конденсатор С11 образуют цепь коррекции усиди теля ошибки 1. Для реализации двухтактного режима работы преобразователя вхои управления выходными каскадами (вывод 13) соединен с источником эталонного напряжения (вывод 14 Ul). С выводов 8 и 11 микросхемы (контакты 9, 11 разъема субмодуля) управляющие импульсы поступи ют в базовые цепи транзисторов каскада управления, резисторы Rl I, R12 определяют режим транзисторов Q3, Q4. Напряжение питании микросхемы IC1 +25 В в рабочем режиме поступает через контакт К разъема субмодуля на вывод 12 микросхемы, и далее через цепочку DI I R9, контакт 12 для питания транзисторов Q3, Q4 каскада управления Стабилизация выходных напряжений осуществляется путем регули рования длительности выходных импульсов ШИМ-контроллера. Инфор мация об отклонении напряжения +12 В поступает на неивертирую щий вход усилителя ошибки 1 (см. рис. 1.13) через вывод 6 разъема субмодуля. Эталонное напряжение +2,5 В для этого усилителя формы руется делителем R65, R38. Контролю также подвергается напряжении питания +25 В, поступающее на усилитель ошибки 2 через развязыва ющий диод D16 от делителя Rll, R13, R15, R19. Отклонения лих напряжений от номинальных значений, определяемые усилителями I 2, через компаратор ошибок управляют работой ШИМ-компараюра. который и формирует управляющие импульсы. Режим «медленного пуска» образован последовательным сосдинс нием элементов С9 и R44. Дистанционное включение источника Дистанционное включение источника питания происходит под not действием сигнала PS ON, имеющим уровень логическою нуля в .о тивном состоянии. В работе дистанционного включения блока шив 172
Г ЛАША 3. Cxi МЫ И ДГ ТАЛЬНО» РАССМОТРЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ СИСТЕМНЫХ I ЛОК<14 ПК пин участвую г операционные усилители IC2.1, IC2.2, включенные ком- яраторами, и микросхема IC1. Предварительно рассмотрим выключенное состояние источника Питания. На выводах 7, 4 компараторов IC2.1, IC2.2 (от источника эта- попа (вывод 14) микросхемы IC1 напряжение +5 В) с помощью дели- Т| 1Я R27, R28, R23, D19 формируются опорные напряжения компара- торов. Высокий уровень напряжения по линии PS_ON устанавливает Ьмпараторы IC2.1, IC2.2 в состояние низкого напряжения, при кото- ром ШИМ-контроллер переводится в состояние пониженного напря- жения питания. В этом режиме работы источник выдает импульсы на Жрсобразователь с большой скважностью, а выходные напряжения пи- ит ия отсутствуют. В противном случае, когда PS_ON в активном состоянии, выходы |омпараторов устанавливаются в высокое состояние и ШИМ-контрол- >< р переходит в нормальный режим работы. формирователь сигнала «Напряжение питания в норме» (P.G.) Формирователь сигнала «Напряжение питания в норме» (P.G.) вы- Ioiiich на компараторах IC2.3, IC2.4. Наличие напряжений +25 В и Жстоянного напряжения смещения на выводе 3 IC1 устанавливают ыход компаратора IC2.4 (вывод 13) в высокое состояние, что соот- tc 1Вует появлению сигнала P.G. — «Напряжение питания в норме». |^оержка сигнала P.G. осуществляется конденсатором С14. ( брос сигнала P.G. происходит без задержки при наличии значи- Ьльпых отклонений в цепях питающих напряжений. Цепи защиты Цепи зашиты от коротких замыканий в нагрузке в каналах поло- жи ге 1ьных напряжений +12Ви + 5 В реализованы на датчиках ко- Ьп|ких замыканий — элементах ZD2, ZD3, а в каналах минус 5 В и Ин vc 12 В — на элементах R22, D32. Наличие коротких замыканий нрпиодит к тому, что сигналы, снимаемые со средних точек датчиков, Rtn ь пают через контакты 5, 7 разъема субмодуля на вывод 5 микро- Ма'Мы IC2, устанавливая выход компаратора IC2.1 в единичное состо- ит , В этом случае на входе управления паузой (вывод 4 IC1) появ- исия ситал логической единицы от делителя R24, R44, который <||'Инод11Г к снятию выходных сигналов ШИМ-контроллера. Выпрямители импульсного напряжения Выпрями гели импульсного напряжения вторичных источников пита- нии и пользукн гипоную двухполупсриодпую схему выпрямления со сред- Ьй ючкой обеспечивающую необходимый коэффициеш пульсаций. 1 73
Cot " I MtHIIWt И ТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ПК И ПЬРИФ- РИИ Напряжение +12 В формируется выпрямителем на диоде D29 Сгла- живание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется филь- тром LI, L2, С21. Выпрямитель +5 В выполнен на диоде D233 типа S2C40C, пульса- ции выходного напряжения сглаживаются фильтром на элементах L1, L2, С22, С23. Источник питания +3,3 В образован выпрямительными диодами D35 и фильтром L8, L6, С17, С32. Стабилизация источника осуществляет- ся элементами IC4, Q5. Источник питания минус 5 В образован выпрямительными диода- ми D24, D25, сглаживающим фильтром LI, L5, С15. Для выпрямителя минус 12 В используются диоды D26, D27, D18, дроссели LI, L4. Конденсаторы С230, С16 — входной и выходной фильтры стабилизатора, резистор R70 — нагрузочный. Для снижения уровня помех, излучаемых импульсными выпрями- телями в электрическую сеть параллельно вторичным обмоткам ±5 В включен режекторный фильтр R62, С19. Типовые неисправности Перегорает сетевой предохранитель F 5А. В этом случае необходимо проверить исправность элементов загра- дительного фильтра и сетевого выпрямителя (Сх, THR, Cxi, TF1, Сх2, CY1, CY2, RD1...RD4, Cl, С2, С13, R3, R4, VZ1, VZ2), а также прове- рить исправность транзисторов QI, Q2. Выходные напряжения модуля питания отсутствуют. Проверяется наличие напряжения +310 В на последовательно соеди- ненных конденсаторах Cl, С2. При его отсутствии проверяется исправ- ность элементов сетевого выпрямителя. При наличии сигнала PS_ON проверить исправность микросхемы IC2, а также защиты D32, ZD2, ZD3. Проверить исправность ШИМ-модулятора путем замыкания ножек 4-7 и 3-7, наблюдая с помощью осциллографа увеличение длительнос- ти выходных импульсов на К.9, К. 11 субмодуля. Проверить работоспособность элементов вспомогательного преоб- разователя по наличию напряжения +5 B_Sb. В случае его отсутствия следует проверить исправность элементов QA1, QA2, ICA1, QA3. 174
Глава 3. Схемы и детальное рассмотрение источников питания системных блоков П.‘ В случае их исправности проверяется наличие напряжения питания +25 В микросхемы IC1 на контакт 8 соединительного разъема субмо дуля. При его отсутствии проверяется исправность элементов вспомо- гательного выпрямителя, элементов каскада управления (Q3, Q4, 013, D14, D15, D16, С36). В случае исправности перечисленных выше эле ментов, заменить IC1. Выходные напряжения питания выше или ниже нормы. Проверяется исправность цепей обратных связей резисторов R36, R37, в случае их исправности, заменить микросхему IC1. Отсутствует сигнал P.G. Следует проверить наличие питающих напряжений +5 В, +12 В, +3,3 В на выходе источника питания, исправность конденсатора С14, в случае необходимости, заменить микросхему IC2. Отсутствует дистанционное включение источника питания. Проверить наличие сигнала PS ON (потенциала корпуса) на кон такте 3 субмодуля разъема, а также ZD2, ZD3, D32, R22. В случае их исправности, заменить IC1 на субмодуле. Отсутствует напряжение +3,3 В. Проверить исправность элементов D35, D41, D40, Q5, IC4. Отсутствует вращение вентилятора. Проверить наличие +12 В. заменить неисправный вентилятор
Современные истрчники ПИТАНИЯ рк и периферии тип АТХ источи^к ПИТАНИЯ ПК мощность 230 Вт ** f А Состав источника питания Источник питания КС-135АТХ (STAR) состоит из следующих элементов: ♦ выпрямителя напряжения сети; ♦ преобразователя* ♦ ШИМ-контрОллера. элементов Цери заПуска преобразователя, стабилизации и защиты; ♦ дистанционного управления источником; ♦ терморегулят0ра; ♦ выпрямителя импульсного напряжения. Входное напря>^ение Входной ток .. Частота....... Мощность.....,, Выходной ТОК В ка~ +5 в....22 А; -5 В....0,5 А. Параметры ...................115 В;.230 В. .....................6 А;.....3 А. .......................50/60 Гц. ........................ 235 Вт. источника: +5 B_Sb...0,1 А; +3,3 В.......14 А. + 12 В........8,0 А; Назначение и состав цепей । Функционаг^ное назначение Состав Заградительный ^ц^тр “ TH1, Сх1, LF1, Сх2, CY1, CY2 Сетевой выпрямыг^ фетром BD1, С1, С2, CY3, R2, R3 Преобразователь Q1, Q2, D1, D2, R4...R11, D4, D5, СЗ, С4, С24, T1 ШИМ-контроллер IC1, R22, С26 Каскад управления Q3, Q4, D7, D6, D9, D10, С5, ТЗ Медленный запуск С8, R23 Дистанционное р^^ Q5,D19, IC1 Элементы защиту D01, R46, R47, IC2, Q6, Q7, R44, R45 Формирователь р^ IC2, С9 Выпрямитель +12 D21.L1.L4, С13, С15 Выпрямитель -12 £=$ D11, D12, L1, С12, С14 Выпрямитель +5 бГ""" D20, L1tL3, С16, С17, R48 Выпрямитель -5 В ЮЗ, С1ЯС14 Выпрямитель +3 mosoi.hw ~ Выпрямитель +5 • 10 К < • 11
Глава 3 Схемы и детальное рассмотрение источников питания системных блоков ПК Выпрямитель напряжения сети Напряжение электрической сети переменного тока через терморе истор ТН1, плавкую вставку F, дроссель LF1, поступает на выпря- митель BD1. Элементы Cxi, LF1, CY1, CY2 образуют заградительный фильтр, предотвращающий проникновение в электрическую сеть им пульсиых дифференциальных помех, создаваемых источником питания для бытовой электронной аппаратуры, Мостовой выпрямитель напряжения сети образован диодной сбор кои BD1, фильтрация пульсаций осуществляется последовательно со- единенными сглаживающими конденсаторами Cl, С2 и конденсатором 1 Y3. В рабочем режиме на положительной обкладке конденсатора ('I напряжение +310 В. Питание источника от сети 115 В возможно в замкнутом состоя нии переключателя SW, при этом один из выводов переменного на пряжения соединяется со средней точкой конденсаторов Cl, С2 В этом . нчае выпрямитель с конденсаторами фильтра просто трансформиру ci г । в схему удвоения напряжения, сохраняя значение выпрямленного напряжения +310 В на положительной обкладке конденсатора С1 и в ном режиме питания источника. Преобразователь Двухтактный преобразователь полумостового типа составляет основу лиловой части принципиальной схемы. Силовыми элементами преоб- р । шпателя являются транзисторы QI, Q2 типа MJE13007 и обратные и- > (ы DI, D2. Вторая половина моста образована конденсаторами С1, < образующими делитель выпрямленного напряжения. В диагональ • I но мосга включена первичная обмотка трансформатора Т1. Для ис- • п- ч ния возможности несимметричного подмагничивания трансфор Muiopa Т1, что может иметь место при переходных процессах в преоб- ИЮвателе, применяется разделительный конденсатор С24. Режим Мбогы 1ранзисторов задается резисторами R4, R5, R6, R7, R8. Управляющие импульсы на транзисторы преобразователя поступа- • и ч- ре» трансформатор Т2. Однако, запуск преобразователя происхо пн в штоколебательном режиме, при открытом транзисторе Q1 ток Ир । ciaiei по цепи: ♦ U (BD1) - > Q1 (к-э) -> ТЗ Т2 -» Т1 -> С24 -+С2 -U (BD) |, । |учае открытою транзистора Q2 ток протекает по цепи: <U(BD1) > С1 -♦ С24 >Т1 >Т2 > ТЗ > Q2 (к-э) > -U(BD) •lepci пере\о iiihic конденсаторы СЗ, С4 в базу ключевых ip.ni ин । рои QI <)* по lynaioi управляющие ciiiiianii Диод 1)1 oftpaiyei nciii ^^*р‘| ы KIMI н . нора I 3 I l>5 m III P i ipu la Cl | f
470 0 178 Принципиальная схем»
Q3 С945 D4 1N4148 D7 1N4148 D6 __ 1N4148A R11 39 С5 С4 " 1.0 50 В D5 1N4148 50 В D9,D10 1N4148 1.0 ЮВ С945 R35 3,5к Т2 R17 R16 350 1Q0 os ZD1 BZY 55С R14 R15 3,9к 1,8к 6 5 13 14 3 15 2 16 С8 0 68 50 В R16 1 8к -- 24 В Л П С750В U R21 Юк R42 22,0 R28 4,7к +5 В ф- R22 12к R24 ЗЗк • R13 1,5к R37 51к R37 Юк R25 4,7к DS -и- 1N4148 С26 1,500j R23 12к С27 4700 4 0/3,5 В 0^2±5В и 14 R20I ’N41485i6J D01 1N4148 D13 1N4148 V 4,7к R33 2 Q5 С945 R46 27к R36 18к R32 Юк R31 20к R47 Юк R45 Юк R30 11к R44 4.7к HO- on 1N4148 D16 1N4148 -HO- —£4 D18 1N4148 —L- С25 0,01 PoGo R34 Юк ипитОиТ2 - DBL393 OUT1 - + 3| 4L + 1 в С22 — 0,1 470к и< гся///нк/< 13;AIX R29 39к 09 100 50В __ D19 1N4148 V 1 74
( • >141 Ml IIHIill И< Т 1НИКИ ПИ1ЛИИ I ПК И lh 1Ч«Н гик При протекании тока через первичную обмотку Т1 происходит про цесс накопления энергии трансформатором, передача этой энергии во вторичные цепи источника питания и заряд конденсаторов Cl, С2. Ус тановившийся режим работы преобразователя начнется после того, как суммарное напряжение на конденсаторах Cl, С2 достигнет величины +310 В, при этом на микросхеме IC1 (вывод 12) появляется питание. Каскад управления Каскад управления выполнен по типовой схеме и состоит из эле ментов Q3, Q4, D9, DIO, С5. Нагрузкой каскада являются полуобмог ки wl, w2 трансформатора Т2, в точку соединения которых поступав! питание. Смещения в базовые цепи транзисторов Q3 и Q4 формиру- ются с помощью резисторов R14, R15 и R16, R35, соответственно Импульсы управления с микросхемы ШИМ-формирователя поступа- ют на базы транзисторов схемы. Под воздействием управляющих им пульсов один из транзисторов, например, Q3, открывается, а второй, Q4, соответственно, закрывается. Надежное запирание транзистора осу- ществляется цепочкой D9, DIO, С5. Так, при протекании тока в от- крытом транзисторе Q3 по цепи: +22 В (ТЗ) -> ТЗ (w2) -> Q3 (к-э) -» D9, D10 -> корпус в эмиттере этого транзистора формируется падение напряжения + 1,6 В. Его достаточно для запирания транзистора Q4. Наличие кон денсатора С5 способствует поддержанию запирающего потенциала во время «паузы». По такой же цепи протекает ток через транзистор Q4 Диоды D7, D8 предназначены для рассеивания магнитной энергии накопленной полуобмотками трансформатора Т2. ШИМ-контроллер и цепи стабилизации ШИМ-контроллер выполнен на микросхеме KIA494, предназначен для формирования управляющих последовательностей полумостовым преобразователем. Конденсатор С26 и резистор R22 образуют время- задающую цепь генератора контроллера, резистор R24 и конденсатор С27 образуют цепь коррекции усилителя ошибки 1. Для реализации двухтактного режима работы преобразователя вход управления выходными каскадами (вывод 13) соединен с источником эталонного напряжения (выводом 14 IC1). С выводов 8 и 11 микросхе- мы управляющие импульсы поступают в базовые цепи транзисторов кас- када управления, резисторы R14, R15 и R16, R35 определяют режим тран- зисторов Q3, Q4. Напряжение питания микросхемы 1С1 +22 В в рабочем режиме поступает на вывод 12 микросхемы, а также для питания тран- зисторов Q3, Q4 каскада управления. 180
ГлаиаЗ Cxi мы и/и г мн.i* i ia <’моччни« и< к1Чни»оипи1анияси< н мных «.локон П1< Стабилизация выходных напряжений осуществляется ну гем регули рования длительности выходных импульсов ШИМ-контроллера. Ипфор мания об отклонении выходных напряжений +12 В, +5 В поступав н । неивертирующий вход усилителя ошибки 1 (см. рис. 1.13), эталон* нос напряжение +2,5 В для этого усилителя формируется делителем К39, R27, R26. Контролю также подвергается напряжение питания I s В, поступающее на этот же вход от делителя R28, R25. Отклонения лих напряжений от номинальных значений, определяемые усилителем |, через компаратор ошибок управляют работой ШИМ-компаратора, Который и формирует управляющие импульсы. Режим «медленного пуска» образован последовательным соедине- нием элементов С8 и R23. Дистанционное включение источника Дистанционное включение источника питания происходит под воз- действием сигнала PS_ON, имеющим уровень логического нуля в ак । инном состоянии. В работе дистанционного включения блока пита- ния участвует транзисторный каскад Q5, на базу которого подается сигнал PS ON. Предварительно рассмотрим выключенное состояние источника пи- »ания. Высокий уровень напряжения по линии PS_ON устанавливает транзисторный ключ Q5 в проводящее состояние, при этом высокий вровень напряжения от источника эталонного напряжения ШИМ-коп- ।роллера (вывод 14 IC1) поступает на вывод 4 IC1 (примерно +3,5 В), но цепи +5 В Ug-Б (вывод 14) —> Q5 (к-э) —> D19 —>• R23 —> корпус. При этом ШИМ-контроллер переводится в состояние пониженного на- пряжения питания. В этом режиме работы источник выдает импульсы па преобразователь с большой скважностью, а выходные напряжения пи- । апия отсутствуют, так как скважность этих импульсов недостаточна для кчо, чтобы зарядить фильтры выходных источников питания. В противном случае, когда PS ON в активном состоянии, ключ Q5 к запертом состоянии, на выводе 4 IC1 потенциал О В разрешает функционированию ШИМ-контроллера и он переходит в нормальный режим работы. Формирователь сигнала «Напряжение питания в норме» (P.G.) Формирователь сигнала «Напряжение питания в норме» (P.G.) вы- полнен на компараторе (вывод 5, 6, 7) микросхемы IC2. Опорное на- пряжение порядка +1 В для этого компаратора (вывод 5) формируй гея цлителем R31, R32 от источника эталонного напряжения (вывод 14 1< 1). Информационное напряжение о наличии на выходе напряжений от источника +5 В поступает через резисторы R37, R35. Задержка сш нала P.G. осуществляется конденсатором С9.
Сброс сигнала I’.G. происходит без задержки при наличии знача тельных отклонений в цепях питающих напряжений. Транзисторный каскад Q6, Q7 осуществляет быстрый разряд С9 при дистанционном выключении источника питания. Цепи защиты Цепи защиты от коротких замыканий в нагрузке в каналах положи тельных напряжений +5 В и минус 5 В реализованы на датчике коротких замыканий — элементах D14, R20, R46, R47. Наличие коротких замыка- ний приводит к тому, что сигналы, снимаемые со средних точек датчи ков, поступают на вывод 2 микросхемы IC2, устанавливая выход компа- ратора 1С2.1 в единичное состояние. В этом случае на входе управления паузой (вывод 4 1С1) появляется сигнал логической единицы (+3,5 В) через диод D16. ШИМ-контроллер переходит в режим большой скважности, при этом на выходе источника питания напряжения пропадают. Выпрямители импульсного напряжения Выпрямители импульсного напряжения вторичных источников пита- ния используют типовую двухполупериодную схему выпрямления со сред- ней точкой, обеспечивающую необходимый коэффициент пульсаций. Напряжение +12 В формируется выпрямителем на диоде D21. Сгла- живание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется фильтром LI, L4, L5, С13, С15, С17. Выпрямитель +5 В выполнен на диоде D20 типа SBE3040PT, пуль- сации выходного напряжения сглаживаются фильтром на элементах L1, L3, С16, С17, резистор R48 — нагрузочный. Транзисторный стабилизатор +3,3 В подключен к выпрямителю +5 В. Стабилизатор последовательного типа, в качестве регулирующего элемента используется транзистор MOS01, управляется транзистор от отдельного ШИМ-преобразователя, расположенного на отдельной плате. Импульсным формирователем является микросхема МС34063А. Питание на микросхему поступает через резистор R5. Конденсатор С1 является времязадающим. Выходное напряжение стабилизатора измеряется делителем Rl, R2, VR1. Управляющие импульсы стабилизатором с нагрузки выходного каскада через транзисторный каскад QI, Q2 поступают на затвор MOS01. На выходе ста- билизатора установлены фильтры на элементах С20 и R49, С28. Для выпрямителя минус 12 В используются диоды Dll, D12. Конден- саторы С12, С14 и дроссели LI, L2 образуют выходной фильтр выпрями- теля. Источник питания минус 5 В образован интегральным стабилиза- тором IC3 типа КА7905, подключенным к источнику минус 12 В. На входе и выходе 1СЗ включены сглаживающие конденсаторы С14, С19. 182
Глава 3 Cxi ми и Д1 тлиьн! < рассмозпни! источников питании си темных лги » ов ПК Для снижения уровня помех, излучаемых импульсными выпрями- телями, в электрическую сеть параллельно диоду D20 выпрямителя +5 В включен резистивно-емкостной фильтр R39, С23. Типовые неисправности Перегорает сетевой предохранитель F 5А. В этом случае необходимо проверить исправность элементов загради- тельного фильтра и сетевого выпрямителя (Сх, ТН1, Cxi, LF1, Сх2, CY1, CY2, BD1, Cl, С2), а также проверить исправность транзисторов Ql, Q2. Выходные напряжения модуля питания отсутствуют. Проверяется наличие напряжения +310 В на последовательно соеди- ненных конденсаторах Cl, С2. При его отсутствии проверяется исправность элементов сетевого выпрямителя. При наличии сигнала PS_ON проверить исправность микросхемы IC2, при необходимости заменить IC1. В случае их исправности проверяется наличие напряжения питания +22 В микро- схемы IC1 на вывод 12. При его отсутствии проверяется исправность эле- ментов Ql, Q2, элементов каскада управления Q3, Q4, D6, D7, D9, D10, С5. В случае исправности перечисленных выше элементов заменить IC1. Выходные напряжения питания выше или ниже нормы. Проверяется исправность цепей обратных связей резисторов R29, R30, R27, R26 в случае их исправности, заменить микросхему IC1. Отсутствует сигнал P.G. Следует проверить наличие питающего напряжения +5 В на выхо- де источника питания, исправность конденсатора С9, в случае необ- ходимости заменить микросхему IC2, проверить исправность транзис- торов Q6, Q7. Отсутствует дистанционное включение источника питания. Проверить наличие сигнала PS_ON (потенциала корпуса) на разъема источника, а также исправность элементов Q5, D19, R23. В случае их исправности, заменить микросхему IC1. Отсутствует напряжение +3,3 В. Проверить исправность элементов MOSOl, С20, исправность тран- зисторов Ql, Q2 субмодуля, а также преобразователя МС34063А, рас- положенных на отдельной плате, неисправный элемент заменить. Отсутствует вращение вентилятора. Проверить наличие +12 В, заменить неисправный вентилятор. 183
3.3. Источники питания повышенной мощности. Схема БП фирмы Microlab на КА7500В и LM339 мощностью 400W Схема БП фирмы Microlab на КА7500В и LM339 мощностью 400W microlab_400w 184
185
------ПННМ и< I 1 Н »И МИГАНИЯ I |К И П»<ЧММ 3.4. Маломощные блоки питания (для установки в корпуса Micro-ATX) В лом разделе будет рассмотрен источник питания форм-фактора АТХ, пос । роенный на специализированной микросхемах семейства TOPSwith фирмы POWER INTEGRATIONS. Эти микросхемы будут подробно рас смотрены в следующей главе. Предлагаемый ниже блок питания предназначен для установки в ПК с кор- пусом Micro-ATX. Источник состоит из следующих элементов: • выпрямителя напряжения сети; • прямоходового преобразователя: • элементов цепи запуска преобразователя; • выпрямителя импульсного напряжения; • источника дежурного напряжения; • пассивного корректора коэффициента мощности Основные параметры Входное напряжение (ток).................110В /230 В Частота.................................50/60 Гц. Выходной ток в каналах источника: +3,3 В....2...10А; +5В 10...12 А;+12 В.... 2...13А; +5B„SB 0...2А; -5В.......0,2А; -12В тах1.5А. Номинальная мощность, Р.................180 Вт. Пиковая мощность........................200 Вт. КПД при Р=43Вт. .72 %. Входные цепи Для защиты входных цепей источника питания на печатной плате установ- лен предохранитель F1. Заградительный фильтр импульсных помех образо- ван конденсаторами CXI, СХ2, СУЗ, CY4, дросселем L7, варистором RV1. Терморезистор RT1 ограничивает зарядный ток электролитических конден- саторов С2, СЗ в момент запуска источника. Резистор R10 снимает заряд с фильтрующих конденсаторов после снятия входного напряжения. Напряжение электрической сети поступает далее через дроссель пассивного 186
187
luipiM'Kiopa коэффициента мощпосш (на схеме не указан) на выпрями гель Г-RI, выполненный на диодной сборке. Полупериоды выпрямленного напри Кении сглаживаю гея конденсаторами С2, СЗ. Резисторы R3, R2, подключен ные к Cl, С2 параллельно, симметрируют напряжение на конденсаторах, а 1акжс создают цепь их разряда при выключении источника питания. В схеме предусмотрена перемычка, наличие которой определяет функционирование источника питания или в сети 115В, или в сети 230В. ШИМ -КОНТРОЛЛЕР И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , (апный преобразователь выполнен на микросхеме U1 типа ТОР247. В дан ной микросхеме совмещены ШИМ-конт-роллер и непосредственно сам преобразователь — транзистор MOSFET (см. рис. 3.2). На первый взгляд схема похожа на преобразователь обратноходового типа. На самом деле это однотактный прямоходовой преобразователь. Упрощенная схема этого конвертера показана на рис.3.3 (обозначение элементов совпадает с исход- ной схемой). Обратите внимание на фазировку вторичной обмотки импульсного транс форматора. В отличие от обратноходового преобразователя в данной схеме трансформатор включен так, что во время открытого состояния ключевого транзистора микросхемы на вторичной обмотке трансформатора появится напряжение и через верхний открытый диод D7 будет течь ток в дроссель L1. Важным моментом здесь является то, что без этого дросселя преобразова- тель не будет работать в принципе. Его предназначение более значимо, не- жели может показаться на первый взгляд. Дело в том, что он является акку- мулятором энергии в момент открытого состояния ключевого транзистора. А в момент закрытого состояния ключа ток, запасенный в дросселе, течет в нагрузку через нижний диод D7. Микросхема ТОР247 запускается при достижении на её выводе L напряже- ния, соответствующего минимальному уровню включения. Ток запуска про- текает через резисторы: R3, R5, R6. После того как микросхема запустилась, напряжение ее питания поступает с обмотки 3-4 трансформатора Т1. Цепь питания включает в себя элементы: D18, D19, R36, R8, С22. Кроме того, зна- чение напряжения с данной обмотки является сигналом обратной связи, ре- гулирующей скважность импульсов, и тем самым предотвращает вход сер- дечника трансформатора в режим насыщения в момент запуска источника. 188
Г/1Д11Л 3 Сх» IVH I И ТАЛЬН» *i ' МММ НИ» И * ЧНИ> I ПИ’ЧЬ‘ • I • IH<M( IP Рис. 3.3. Однотактный прямоходовой преобразователь Цепи стабилизации и защиты Стабилизация выходных напряжений достигается методом широтно-им- пульсного модулирования выходных импульсов. Для этого выходные на- пряжения +5В и +12В с сумматора R18, R19, R20 поступают на вход управ- ляемого стабилитрона U5 типа TL431. При изменении напряжения на его управляющем входе изменяется величина тока, протекающего через сам ста- билитрон. Изменяется также ток через оптопару, включенную в эту же цепь. Сигнал ошибки передается на первичную сторону непосредственно на вход контроля микросхемы (С). Микросхема ТОР247 имеет встроенную защиту: • внутреннюю тепловую защиту в случае превышения температуры кристалла выше заданной; • от просадки и превышения входного сетевого напряжения; • при превышении тока в первичной цепи импульсного трансформа- тора, чем сапровождается факт перегрузки; сигнал об уровне тока снимается с вывода (X) микросхемы и через цепочку R7, D105, Rl 1 подается на вход контроля (С) Установка величины тока задается резистором R7. Максимальное его значение 3,5А соответствует мощ- ности источника 200Вт. 189
co вторичная сторона rtn svmam ToSMH Аимот/OFF 190
Выходные выпрямители Выходные напряжения (см. рис. 3.4) обеспечиваются диодными сборками. 1)7, Г)8, 1)9. Отрицательное напряжение -12В формируется линейным ста- билизатором U7 типа LM320. Источник питания +3,3 В выполнен на элементах Q2, U6. В качестве выпря- мителя используется диодная сборка BD9. Роль регулирующего элемента выполняет транзистор Q2. Делитель R24, R26 задает опорное напряжение для управляемого стабилитрона U6. Источник питания режима «готовность» (Standby) I !сточник питания режима «готовность» (см. рис. 3.5) предназначен для со- здания начального напряжения питания при запуске ШИМ-контроллера и выдаче напряжения питания на системную плату, когда компьютер находит- ся в «спящем» режиме. Этот источник состоит из однотактного преобразо- вателя (FlyBack), подключенного к выпрямителю первичной сети, и стаби- лизатора вторичного напряжения. Преобразователь выполнен на микросхеме U101 типа TNY266P. Микросхе- мы представляет собой контроллер обратноходового преобразователя со в /троенным силовым транзистором MOSFET. При наличии на ее выводе EN напряжения 5,8В запускается внутренний ШИМ-контроллер, управ- ляющий силовым транзистором MOSFET. Сток (Drain) этого транзистора (вывод D) подключен к нижнему выводу силового трансформатора Т101. В трансформаторе происходит процесс накопления энергии, в результате ко- юрого в обмотках Т101 наводятся ЭДС. Через резистор R105 и диод D104 происходит самоподпитка микросхемы. Демпфирующая цепь построена на: диоде D101, стабилитроне D102, конденсаторе С102 и резисторе R101. Цепь обратной связи организована на оптопаре U102. Стабилизация произ- водится по цепи +5B_SB на регулируемом стабилизаторе U7 типа TL431. Дистанционное управление преобразователем Дистанционное управление ИП осуществляется сигналом ON. Сигнал пос- ыпает в цепь эмиттера транзистора Q3. При высоком уровне сигнала тран- зистор закрывается, отключая входную цепь оптопары, что приводит к за- крытию транзистора Q7 и блокировке микросхемы ШИМ-модулятора. В случае подачи сигнала ON низкого уровня действие блокировок прекраща- ется и преобразователь запускается. 191
нинаьошхя о-юнноиПнвюиЧ1 оиэфс1а.ши -g-£ -oud Hdf 0-0--------<• Hianw NO О........... — sisr si-*r oxz* €€U AOS 10 ZO 8ПЖ1 9010 -----> CUKijn — — > U|d x 1П SIU —_____________<-SV18a* 9-If S €f 7 Зак. 1021 Рис. 3.5 Источник дежурного напряжения. Обратноходовой преобразователь см СП
Глава 4. Передовые технологии 9
4.1. Интеграция ШИМ-контроллера и силового ключа, а также многое другое Как мы уже знаем, все ШИМ-преобразователи по своей структуре строятся одинаково: ШИМ-контролер, силовой ключ (транзистор или транзисторы), импульсный трансформатор. Очередным шагом в технологии импульсных источников было создание интегральной схемы, совмещающей ШИМ-кон- троллер и мощный ключевой транзистор. Появление полевых транзисто- ров типа MOSFET позволило увеличить выходную мощность источников, разрабатываемых на таких микросхемах. Основное направление таких мик- росхем - применение в разработках однотактных импульсных преобразо- вателей обратноходового и прямоходового типа. Главное же преимущество таких источников - уменьшение количества дискретных элементов обвески самого ШИМ-контроллера. Данное обстоятельство позволило уменьшить количество паразитных контуров в случае неудачной топологии монтажной платы, что становилось причиной неустойчивой работы всего блока пита- ния. С этого времени в направлении интеграции ШИМ-контроллера и силового ключа работает большинство мировых фирм-разработчиков силовых при- боров. Одним из таких представителей выступает компания POWER INTE- GRATIONS. Источники питания, построенные на базе микросхем POWER INTEGRATIONS, обладают следующими преимуществами. 1. Существенно сокращают количество дискретных элементов, повы- шая надежность и технологичность разработанного изделия. 196
Глава 4 П» rлинии технологии 2. ()61я-‘диняюг на одном кристале следующие элементы: • IIIИ М-кон гроллер: • мощный высоковольтный транзистор; • цепь управления затвором; • схема запуска от высокого входного напряжения; • элементы обратной связи; • встроенный генератор; • тепловая защита; • защита от пониженного/повышенного входного напряжения; • защита от КЗ в нагрузке и разрыва цепи обратной связи; • схема дистанционного управления питанием. Также компания POWER INTEGRATIONS внедрила энергосберегающую технологию EcoSmart. Микросхемы, построенные по данной технологии, позволяют источникам питания работать в более экономичном режиме при малых значениях нагрузки и в случае её отсутствия. Данная система име- ет следующей принцип действия. Микросхема анализирует режим работы источника и, исходя из этого, функционирует с наилучшей энергетической эффективностью. Для этого она может работать либо в режиме пропуска рабочих циклов, либо в режиме ожидания (Stend By). В первом случае при снижении мощности система каждый такт анализирует необходимость в рабочем цикле и при необходимости рабочий цикл пропус- кается. В случае если потребляемая мощность продолжает падать, система входит в режим ожидания. При этом в нагрузку подаются короткие импуль- сы энергии и контролируется потребляемый ток, ожидая, пока нагрузка вер- нется к номинальному значению. После этого система автоматически войдет в рабочий режим. Схема запуска микросхемы от высокого входного напряжения позволяет ис- точнику питания устойчиво запускаться при изменении входных питающих напряжений в широком диапазоне (85-265В). В микросхемах применена функция снижения ВЧ-помех (Frequency jitter function). Данная функция представляет собой модуляцию ВЧ сигнала низ- кочастотным сигналом, что позволяет снизить уровень ВЧ-помех на 10дБ, что также позволяет снизить требования к фильтру электромагнитного из- лучения, установленному по входу сетевого питания. Тепловая защита микросхемы заключается в автоматическом отключении 197
кри<*1алла и случае его перегрева. Порог отключения микросхемы сосгавля ci 110“С. При достижении агой температуры MOSFET запираемся. Посж то1 о как температура кристалла снизится до 65°С, микросхема снова начнет функционировать и MOSFET перейдет в разрешенное состояние.. Далее мы рассмотрим микросхемы TOP247Y, F семейства TopSwith GX и TNY266P семейства TinySwitch II. Данные микросхемы рекомендуются фирмой-разработчиком для разработки ШИМ-преобразователей компью терпых источников питания. Микросхемы семейства TopSwith GX ориен тировапы, в том числе как основные контроллеры компютерных блоков пи тания. Микросхемы семейства TinySwith II - используются для построения источников в схеме дежурного питания. Кроме того, микросхемы этих се мейств могут применяться в: высокоскоростных модемах, адаптерах парта тивных компьютеров, для питания ЖК-мониторов. Краткая информация по данным микросхемам приведена ниже. 4.2. Микросхема TOP247Y, F Микросхема TOP247Y, F имеет следующие функции: 1. Метод управления: ШИМ 2. Ограничение выходной мощности. 3. Автоматический рестарт после снятия перегрузки (короткого замы кания). 4. Функция регулируемого ограничения максимального выходного тока. 5. Определение пониженного/повышенного входного напряжения (UV/OV). 6. Функция «Soft Start». 7. Защита от перегрева. 8. Возможность дистанционного управления питания. 9. Функция Frequency jitter. 10. Максимальное напряжение сток-исток: 700В. И. Частота преобразования: 132/66кГц. 12. Максимальный коэффициент заполнения: 78%. 13. Максимальная выходная мощность: 198
• 60В г - в закрытом новен гилнруемом корпусе с температурой окружающей среды 50 С и при входном напряжении coin ~230В±15%; • 125Вт - в открытом корпусе с достаточным теплоотводом и при входном напряжении сети ~230В±15%; • 40Вт - в закрытом невентилируемом корпусе с температурой окружающей среды 50°С и при входном напряжении сети -85-265В; • 90 Вт - в открытом корпусе с достаточным теплоотводом и при входном напряжении сети -85-265В. Упрощенная типовая схема включения микросхемы показана на рис. 4.1. D1..D4 Рис. 4.1. Упрощенная типовая схема включения микросхемы TOP247Y, F Регулировка выходной мощности источника организуется путем введения сигнала обратной связи на вход С микросхемы. Данный сигнал поступает на вход усилителя ошибки, что приводит к изменению длительности рабочего цикла ШИМ-модулятора. Микросхема имеет возможность выбора двух фиксированных значений рабочей частоты — или 132кГц, или ббкГц. Выбор осуществляется подклю- чением вывода F либо к выводу С (пониженная частота), либо к выводу S (повышенная частота). 14’1
Резистор Rx задаст значение ограничения максимального выходного тока. Так, при значении резистора Rx=-12k0m ток начнет ограничиваться при до стижении им значения 64% от максимального значения. Для организации защиты источника от повышенного/пониженного значе ний напряжения питания между выводом L микросхемы и положительной шиной питания включается резистор Rl. Примерное значение этого резис- тора 2Мом. Компенсирующий конденсатор С4 определяет постоянную времени процес- са автоматического рестарта. В момент запуска источника режим его работы близок к режиму коротко! о замыкания, так как все фильтровые конденсаторы разряжены. В момент на- чального заряда конденсатора силовой транзистор работает на максималь ной мощности, а импульсный трансформатор может войти в насыщение, что приведет к еще большему росту тока через транзистор. Чтобы снизить риск выхода элементов в запредельный режим работы, в алгоритм работы контроллера вводится функция «Soft Start» («плавный запуск»). Данная функция позволяет осуществить заряд конденсатора малым током, за счет постепенного увеличения напряжения на нем. Это осуществляется регули- рованием времени «паузы» ШИМ-модулятора. , 4.3. Микросхема ТОР266Р Микросхема ТОР266Р имеет следующие функции: 1. Метод управления: вкл/выкл. 2. Ограничение выходной мощности. 3. Автоматический рестарт после снятия перегрузки (короткого замы- кания) 4. Питание микросхемы от собственного источника. 5. Определение пониженного входного напряжения (UV). 6. Защита от перегрева. 7. Возможность дистанционного управления питания. 8. Функция Frequency jitter. 9. Максимальное напряжение сток-исток: 700В. 10. Частота преобразования: 132кГц. 200
И. Максимальный коэффициент заполнения: 65%. 12. Максимальная выходная мощность: • 10Вт - в закрытом невентилируемом корпусе с темпера iурой окружающей среды 50°С и при входном напряжении сети ~230В±15%; • 15Вт - в открытом корпусе с достаточным теплоотводом и при входном напряжении сети ~230В±15%; • 6Вт - в закрытом невентилируемом корпусе с температурой окружающей среды 50°С и при входном напряжении сети -85-265В; • 9,5Вт - в открытом корпусе с достаточным теплоотводом и при входном напряжении сети -85-265В. Упрощенная типовая схема включения микросхемы показано на рис. 4.2 По сравнению с микросхемой ТОР247, данный контроллер не имеет функ- ций, таких как: регулировка ограничения максимального тока, «Soft Start». В принципе они ему и не нужны ввиду малых передаваемых мощностей. Также характерной особенностью данной микросхемы является возмож- ность работы без отдельной обмотки трансформатора для её питания. о- ^Uex о--- D1..D4 Рис. 4.2. Упрощенная типовая схема включения микросхемы ТОР266Р Об -0 U out -0 - 701
Вся энергия, необходимая для работы крислтыла, запасается в байпасной см кости конденсатора С2, подключенной к выводу ВР микросхемы. Данный конденсатор заряжается до напряжения 5,8В от внутреннего регулятора па пряжения, вход которого подключен к стоку силового транзистора (вывод D). Питание регулятора происходит в момент закрытого состояния транзис тора, когда на его стоке присутствует напряжение. При уменьшении напря жения на выводе ВР до уровня 5,1В работа микросхемы прекращается. Вывод EN/UV играет важную роль в стабилизации выходного напряжения При увеличении выходного напряжения источника питания выше опорно го, оптопара U1 переходит в проводящий режим, подтягивая вывод EN/UV к потенциалу вывода S. В результате MOSFET закроется. В случае, если вы- ходное напряжение будет меньше опорного, MOSFET откроется. Опорное напряжение задается как сумма: напряжение прямого падения на светодиоде оптопары плюс напряжение стабилизации стабилитрона D3. 202
Глава 5. Источник питания ПК с коррекцией коэффициента мощности
5.1. Общие сведения Согласно международному стандарту МЭК IEC 1000-3-2, введенному н действие в 1995 году, все производители электронной аппаратуры мощное тыо более 300 Вт и питаемой от сети переменного тока, должны обеспечить коэффициент мощности работающих электроприборов близким к едийице. 5.2. Коэффициент мощности Под коэффициентом мощности понимают величину, равную отношению активной мощности Р электрической цепи переменного тока к полной мощ ности S этой цепи. Условное обозначение — cos ср = Р/S, (косинус угла Фи). Математически полная мощность S представляет собой сумму двух векторв активной мощности Р и реактивной Q. Угол <р является углом сдвига тока и напряжения электрической сети, его источником является реактивная мощность, потребляемая по сети перемен ного тока и нагружающая питающую сеть. Эта мощность никакой полезной работы не производит, а приводит только к дополнительному нагреву сете вых проводов. Рассмотрим выпрямительный мост, работающий на емкостную нагрузку. В установившемся режиме, когда нагрузка питается от заряженной емкости, ток iVD отсутствует, поскольку Uh > UceTH, где. UCCTH — мгновенное значение сетевого напряжения. 204
Рис. 5.1. Треугольник мощностей и форма тока и напряжения активно-реактивной нагрузки. I Гериод разряда заканчивается в момент, когда UH < UceTH. При этом начинает течь зарядный ток 1vd> форма которого носит импуль- сный характер, что, естественно, сопровождается порождением нежела тельных паразитных гармоник, которые и распространяются по питающим проводам (величина коэффициента мощности в этой схеме находится в пре- делах 0,5...0,7). Действие этих гармоник заключается в дополнительном на- греве проводов, помехах для теле- и радиоаппаратуры. В стандарте IEC 1000-3-2 проводится разделение электрических приборов питаемых переменным напряжением 220 или 380 В на четыре группы (А, В, С и D) в зависимости от типа оборудования и его предназначения. Рис. 5.2. Работа выпрямителя на емкостную нагрузку 20*>
Группа I) включао! оборудование мощное чью до (ИМ) Вт с характеристикой потребления тока, присущей бестрансформаторным импульсным преобра зона гелям. К таким потребителям относятся компьютеры, мониторы, геле визоры. Нормы потребления гармоник тока, приходящиеся на ватт мощное in устройства, приводятся в табл. 5.1.8 Таблица 5.1. Нормы потребления гармоник тока для аппаратуры класса L) Номер гармоники, п Максимальный ток гармоники на ватт мощности, мА/Вт 3 3,4 5 1,9 7 1,0 9 0.5 11 0,35 13...39 3,85/п Задачей корректора коэффициента мощности является преобразование им- пульсной формы потребляемого от сети тока к виду, соответствующему при включении активной нагрузки такой же мощности. Пассивные корректоры импульсных источников питания подразумеваю! под собой последовательное включение индуктивности, тем самым компен- сируя емкостной характер цепи. Однако такой подход целесообразен для ус- тройств, потребляемая мощность которых превышает киловатты и при этом нагрузка не изменяется по величине и по характеру К тому же применитель- но к компьютерным блокам питания пассивный ККМ должен занимать мес- то не меньше трансформаторного источника питания такой же мощности, чтобы оправдать свою эффективность. В блоках питания с пассивным ККМ, как правило, установлен дроссель весьма небольших размеров. Эффектив- ность работы этого узла сразу встает под сомнение. АКМ является, по сути, повышающим преобразователем, который устанав- ливается после низкочастотного выпрямителя. На его выходе устанавлива- ется постоянное напряжение, как правило, 400В, и оно не зависит от вход- ного напряжения в достаточно широком диапазоне его изменения. Поэтому все источники питания, оснащенные АКМ, обладают опцией автовольтажа (90-270В). Использование АКМ позволяет снизить требования к величине ёмкости электролитических конденсаторов высоковольтного выпрямителя. Поскольку напряжение на входе корректора составляет 400В вместо обыч- ных 310В, емкости конденсаторов можно уменьшить без уменьшения энер- гии, запасенной в них. Семенов №2 206
I ЛАН Э ПС | ни Н« I И‘ Рис. 5.3. Дроссель пассивного корректора мощности ( FSP300-60BTV) Это хорошо видно из соотношения: E=CU2, где: • Е - энергия, запасенная в конденсаторе; • С - емкости конденсатора; • U - напряжение на конденсаторе. Иными словами, энергия, запасенная в конденсаторе, растет пропорцио- нально емкости конденсатора и квадрата напряжения на нем. Также нет необходимости устанавливать конденсатор с большой ёмкостью на входе АКМ, поскольку питается корректор от несглаженного напряжения и регу- лирует ток, потребляемый от сети, так, чтобы он соответствовал форме тока при резистивной нагрузке. Итак, если вы хотите приобрести источник с корректором мощности, то об- ращать внимание необходимо на модели с активным PFC. 5.3. Принцип активной коррекции коэффициента мощности i Одним из возможных подходов к увеличению коэффициента мощности яв- ляется обеспечение периодического подзаряда фильтрового конденсатора в течение полуволны выпрямленного напряжения. Осуществляя подзаряд фильтрового конденсатора в течение всего периода существования сетевого напряжения, можно уменьшить величину угла <р, 1зар, 1разр на рис. 5.4 — это токи заряда и разряда конденсатора фильтра С соответственно. При этом среднее значение выпрямленного тока 1ср близко к синусоидальной форме. 207
Упрощенная схема, показанная па рис. 5.4, позволяй реализован» этот под ход. Во в|х*мя открытого состояния ключа Q (как правило, MOSFET) юк через дроссель линейно нарастает, диод D закрыт, а конденсатор С2 в этот момент разряжается в цепь нагрузки R„, в дросселе L происходит накопле ние onepi пи. Затем транзистор запирается, напряжения на дросселе досга няню для открывания диода D и заряда конденсатора С2. Конденсатор С1. как правило, малой емкости и служит для фильтрации высокочастотных помех, которые возникают при работе ключа на частоте 50...100 кГц. Управ idlin' ключом осуществляется специальным устройством управления УУ, которое синхронизирует эту работу. Рис. 5.4. Принцип работы активного корректора коэффициента мощности 5.4. Коррекция коэффициента мощности в системных модулях с помощью микросхемы TDA16888 Реализация активной коррекции коэффициента мощности в источниках пи- тания системных модулей становится возможной благодаря использованию 208
Микрсм'хем специального назначения, сочетающих в себе свойства преобра •онагеля и корректора. Примером может служить микросхема TDA16888 фирмы SIEMENS. Микросхема представляет собой высоко!цюизводи гель иый комбинированный контроллер для силовых цепей, сочетающий ак питый корректор коэффициента мощности и ШИМ-контроллер обратно* ходового преобразователя. В контроллере используются технологические достижения последнего времени, включающие: • соблюдение требований стандарта МЭКIEC 1000-03 по содержанию высших гармоник в потребляемом токе; • возможность применения импульсных преобразователей в широком диапазоне входных напряжений 90...270 В; • применение защиты цепей контроллера в аварийных режимах работы; • малое значение потребляемого тока в «спящем» режиме; • универсальность использования при различных режимах работы. Основные параметры Входное напряжение.................90...270 В (50 Гц). Входной ток, не более.........................2,4 А. КПД, не менее............................... 71%. КМ, не менее..................................94%. Выходной ток в каналах источника (при вых. мощности 150 Вт): +3,3 В .«......12 А; +5 B_SB.....0,1 А; +5 В......18 А; -5 В........0,3 А; +12В.......4 А; -12 В.......0,7 А. Назначение и состав цепей Функциональное назначение Состав 0 || Заградительный фильтр F. L1. C24, R36, R30, C1, С25, С26 II Выпрямитель VD1...VD4 || Корректор мощности VT1.L2, D5, IC1.R6, R7, R9 Датчик тока корректора R4A, R4B, С9 | Частотная коррекция УОТ корректора: С8, С7, R8 УОН корректора: С6, С5, R16 |[ Питание микросхемы L2, R29, VD12...VD15,C18, VD11, VT3, VD10, VD6, R2 1 II Преобразователь VT2, T1.R18, R17, IC1 I || Демпфирующая цепь С31, R40, ТР1, VD7 I || Цепь датчика тока коррекции R15, R17, C21 1 Цепь ОС по напряжению преобразователя D3. D2, R20, R19, R22, С16, С17, R21, R35, C22 Мягкий запуск VT4, С14, D4, R33, D6. R37, R38, С27 Выпрямитель +5 В VD8, VD9, C29, R41, R42, СЗО, R47, C34.L3, С15, L5, С28, | С34, L3. С15, L5, С28 Выпрямитель +12 В VD20, VD21, СЗЗ, R45, R44, С32, R46, С35, L3, С36, L6 I Выпрямитель с42 В VD24, VD23, L3, C38, R48 Выпрямитель +5 BSB L2. R3, VD16...VD19, C19, D5, C20 209
5.5. Корректор коэффициента мощности < ‘груктуриая схема микросхемы TDA16888 приведена на рисунке. Наличие ШИМ формирователей корректора и преобразователя в одном корпусе поз no bici минимизировать число внешних элементов источника питания мик росхсмы. В таблице приведено назначение выводов микросхемы. ( овместная работа корректора и ШИМ-контроллера синхронизируси'я внутренним генератором. Частота генератора устанавливается внешним ре ж» н)|юм, присоединенным между выводом 16 и землей, при этом изготовь |г |ем гарантируется устойчивая синхронизация на фиксированной часто к* в хианазоне от 15 до 200 кГц. Времязадающий конденсатор встроен в корпус микросхемы, при этом обеспечивается гарантированное значение малого ним потребления и высокая устойчивость к влиянию электромагнитных помех. Прямоугольная форма выходного сигнала генератора получается из треугольного замещением отдельных участков пилы прямоугольными импульсами с последующим делением полученной последовательности !)• 1|>ипером пополам, как показано на диаграмме. Кроме того, генератором формируется пилообразный сигнал с медленно падающим фронтом, ко- торый используется ШИМ-корректором. При необходимости может быть применена синхронизация генератора внешним сигналом, подаваемым на вывод 12 микросхемы. В состав корректора йходят умножитель, цепи обратной связи по току и на- пряжению, ШИМ и выходной драйвер. Умножение сигнала, пропорциональ- ного току на выходе выпрямителя, и второго сигнала, пропорционального выходному напряжению корректора, формирует опорный сигнал, позволя- ющий выявить участки отставания фазы выпрямленного тока от напряже- ния. На этих участках активный ключ открывается, и во внешнем дросселе П|юисходит накопление электромагнитной энергии. Вне этих участков происходит отдача электромагнитной энергии дросселем н нагрузку. Внутренняя обратная связь, охватывающая операционный уси- литель ОР2, компаратор С1, триггер FF1 и выходной драйвер корректора, приближает форму выпрямленного тока к синусоидальной. Внешняя обрат- ная связь, которая охватывает операционный усилитель ОР1, умножитель, операционный усилитель ОР2, компаратор С1, триггер FF1 и выходной драйвер корректора, воздействует на выходное напряжение корректора. 11 составе корректора имеется и еще одна цепь обратной связи, объединяющая операционный транспроводимый усилитель (operational transconductance amplifier) ОТА1, операционный усилитель ОР2, компаратор Cl, триггер FF1 и выходной драйвер корректора. Эта цепь разрешает корректору действо- вать в качестве вспомогательного источника питания даже в случае отклю- ченной преобразовательной секции (ШИМ-преобразователя). 210
I Лапа э WI VIHH* riHWiwi I IK<: КИЧ1КЦИ1 и «о.йм.ицшша мдцши >h Рис. 5.5. Типовая схема источника питания с коррекцией мощности 211
Выходной сигнал корректора является широпю импульсным и формируй ся в результате сравнения пилообразного напряжения генератора и выход ного напряжения операционного усилителя ОР2. Преобразовательная часть микросхемы состоит из ШИМ, выходного драп вера и ряда компараторов, участвующих в модуляции длительности выход пых импульсов в различных режимах работы преобразователя. В режиме <• мягкого» запуска модуляция длительности выходных импульсов осущес! вляется компаратором С7, после «мягкого» запуска управление дли гель костью передается компаратору С8, при этом длительность выходного им пульса определяется сравнением выходного напряжения преобразователя, поступающего на вывод 14 (PWM IN), с напряжением пилы на выводе 1.г> (PWM RMP) микросхемы. Для формирования «пилы» к выводу 15 (PWM RMP) подключен конденсатор. Непрерывное управление длительностью ШИМ цикла от 0 до 50% осущес i вляется компаратором СЮ, если сигнал пилы на выводе 15 (PMW RMP) превышает пороговый уровень 0,4 В. При невыполнении этого условия, т.с. сигнал «пилы» не превышает уровень 0,4 В, выходной драйвер отключает ся. Работа корректора и преобразователя происходит в условиях взацмных перекрестных импульсных помех, возникающих при разряде паразитных емкостей через открытый транзистор преобразователя. Для подавления по мех в преобразовательной части установлен операционный усилитель ОРЗ, вход которого (вывод 11 PWM CS) соединяется с датчиком тока выходного каскада преобразователя. Помеха наблюдается выбросом в сигнале, посту- пающим с датчика тока на ОРЗ. Усиленный сигнал в ОРЗ увеличивается на величину постоянного источника питания VI и далее фильтруется низко- частотным фильтром 1-го порядка. Подавление сопровождается увеличе- нием амплитуды «пилы» на выводе 15 (PWM RMP) и тока через внешний резистор датчика тока. Информация об аварийных режимах работы корректора поступает на вы- вод 19 микросхемы. На быстродействующем компараторе С6 реализована защита от превышения напряжения. Компаратором отключаются выходные драйверы при превышении напряжения на выходе корректора, если в мик- росхеме на выводе 19 (PFC VS) напряжение превысит 6 В, компаратор вер- нется в исходное состояние, если напряжение опустится до 5,5 В. В допол- нение к сказанному выше, в секции корректора при медленном повышении напряжения и превышении порогового значения 5,5В используется быстро действующая защита на операционном усилителе ОТА2. Понижение напряжения на выводе 19 до 4В приводит к срабатыванию ком- 212
Глава 5 И( чни» HHi >'v ।р » г .... ............ SYNC ROSC PWM PWM PWM PWM GND SS IN RMP CS Рис. 5.6. Структурная схема микросхемы TDA16888 214
---------—----' I Ч1УГИ НИ1АКИМ 1!Ч И f К » И-• » И паратора С4, при лом преобразовательная секция отключается, что прпво дит к увеличению напряжения на выходе корректора. Защита от понижения напряжения осуществляется и по питанию — вывод 9 (Vcc), при этом nopoi включения в рабочий режим составляет 14 В, порог выключения — пониже ние напряжения до 11 В. Максимальное напряжение питания ограничивается диодом Z3 и составляем i 17,5В. Резкое понижение напряжения на выводе 19 до 1 В способно привести к разрушению некоторых элементов схемы. Для предотвращения этого не желательного явления выходной драйвер корректора отключается компара тором С2. Операция отключения корректора гарантирует надежную работу микросхемы и примыкающих к ней цепей. Наличие короткого замыкания по источнику опорного напряжения приводит также к отключению выходных каскадов корректора и преобразователя. Ограничение максимального тока в выходных каскадах преобразователя п корректора осуществляется быстродействующими компараторами С9 и С6. соответственно. Для повышения надежности работы микросхемы при мак Рис. 5.7. Временные диаграммы напряжений микросхемы 214
Таблица 5.3.Намшиспше выводов микросхемы TDA16888 8ЬММ)Д Обозначение Назначение 1 PFC IAC Вход датчика напряжения сети 2 Vref Опорное напряжение 7,5 В | 3 PFC СС Компенсация токовой цепи корректора 4 PFC CS Датчик тока корректора 5 GNDS Вход датчика земли “ 6 PFC CL Вход датчика ограничения тока корректора 7 GND Земля 8 PFC OUT Выход драйвера корректора 1 9 Vcc Напряжение питания 10 PWM OUT Выход драйвера ШИМ 11 PWM CS Датчик тока ШИМ 12 SYNC Вход синхронизации генератора 13 PWM SS Мягкий пуск ШИМ 14 PWM IN Вход датчика напряжения ШИМ 15 PWM RMP Напряжение наклона ШИМ 16 ROSC Установка частоты генератора 17 PFC FB Цепь напряжения обратной связи корректора 18 PFC VC Компенсация по напряжению корректора 19 PFC VS Вход датчика напряжения выхода корректора 20 AUX VS Датчик дополнительного источника питания имальных токах корректора вывод 6 (PFC CL) дополнительно защищен ограничительным диодом D4. Один из вариантов реализации источника питания системного модуля мощностью 150 Вт на микросхеме TDA16888 с подробным описанием работы и характеристик приведен в [14], а также на Сайте www.promel.newmail.ru, представлена принципиальная схема. Рис. 5.8. Характеристики режима питания микросхемы TDA16888 5.6. Вместо заключения I !адо признаться, что многие путают коэффициент мощности и КПД. Это две разные, не связанные друг с другом величины. По определению, коэф фициент мощности равен отношению активной мощности, потребляемой из сети, к полной мощности, в то время как КПД определяется отношением выходной мощности источника, потребляемой нагрузкой, к активной мош пости, потребляемой источником из сети. 215
КПД дает представлен не о том, как эффективно используется энергия, иля тая из сети. Часть мощности источника, определяемой КПД, полное! ыо передастся в нагрузку, а остальная часть рассевается в источнике в виде тепла. Коэффициент мощности показывает, какая при этом часть мощно» ти, взятой из сети, является полезной (т. е. передается в нагрузку и, как не печально, на нагрев источника), а какая возвращается обратно в сеть и нами не используется, однако рассеивается на активном сопротивлении прово дов в виде тепла, иными словами, просто теряется. Надо иметь в виду, что и КПД и коэффициент мощности величины, зависящие от мощности и име ют максимальные свои значения при максимальной нагрузке. Так, КПД современного компьютерного источника, соответствующего стандарту ATX12V ver2.x, должен соответствовать данным, приведенным в табл. 5.4 Таблица 5.4. Значения КПД в рамках стандарта ATX12Vver2x Нагрузка Полная нагрузка, Ртах 0.5*Ртах 0.2*Ртах Минимальный КПД 70% 72% 65% Рекомендуемый КПД 77% 809о 65% 216
Глава 6. Ремонт блоков питания
6.1. Общие методики и рекомендации В случае выхода блока питания из строя и если по счастливой случайное!и все остальные элементы системного блока при этом не пострадали, то луч ший совет — замените блок питания на новый. Так бы поступил, наверное, даже самый опытный разработчик импульсных источников питания (нс обязательно компьютерных). Но если вы читаете эту главу, у вас, видимо, другие цели. Поэтому можно дать некоторые советы о том, как упрости i ь поиски неисправности. Необходимо помнить, что источник питания представляет собой сложное радиоэлектронное устройство, ремонт которого можно осуществлять, точно представляя его работу и владея навыками нахождения и устранения дефек тов. При ремонте рекомендуется комплексное использование всех доступ ных способов поиска неисправностей. Необходимо помнить, что источник импульсного питания не работает без нагрузки, подсоединение к сети долж но происходить только через развязывающий трансформатор. Надо обра тить внимание, что автотрансформатор (ЛАТР) развязывающим НЕ ЯВЛЯ ЕТСЯ. Как показывает практика, из всех элементов системного модуля наиболь шее число отказов приходится на блоки питания. Наибольшее число отка зов блоков питания связано с «неумышленными» неисправностями, к ко торым относится перепутывание напряжения питания, т.е включение блока в сеть с неправильно установленным переключателем напряжения питания (в сеть 220В включается блок питания, в котором переключатель установ лен на 115В). Результат такой эксплуатации сопровождается мгновенным взрывом конденсаторов низкочастотного фильтра, сгоранием термистора и, естественно, предохранителя. Поэтому еще раз рекомендуем перед первым включением источника питания обращать внимание на положение перс ключателя типа питающей сети. После проведения ремонта рекомендуется адаптировать аппарат под нашу сеть, исключив (методом выпаивания) все 218
Глава 6 Pimcihi ».л< •>< в лимнин »I* менты, влекущие возможность ошибочного включения источника 1ю6ой ремонт начинается с предварительного внешнего осмотра. Эю в большинстве случаев позволяет отремонтировать блок питания даже при отсутствии достаточной информации. Необходимо обращать внимание на Исправность предохранителя и любое изменение внешнего вида элементов < Кемы (цвета корпуса). При определении неисправного элемента следует об Мгить внимание на исправность всех элементов, подключенных к этой цепи. Ремонт следует проводить технически исправными приборами, с исполь- зованием низковольтных паяльников, питающихся через разделительный цмнеформатор. 11 сжелательно производить ремонт без развязывающего трансформатора и н.п рузки. Рекомендуем для блока питания мощностью 200 Вт использовать для источника питания +5 В нагрузку сопротивлением 4,7 Ом (50 Вт), а для источника +12В нагрузку 12 Ом (12 Вт). Достаточно эффективной нагруз- кой источника питания по каналу + 12 В являются автомобильные лампочки и । 12 В. В случае, если ремонт заключается в поисках причины сгорания предохра- нителя, или в любых других случаях, то рекомендуется после ремонта блока вместо предохранителя включить лампу накаливания на 250В 100Вт. Если при включении питания лампа будет гореть тускло, то можно предохрани- । ель вернуть на место. В случае яркого свечения лампы, питание необходимо выключить и продолжить поиски неисправности. Этот прием дает реальный шанс не пожечь силовые транзисторы высокочастотного преобразователя во время пробных включений источника. Проблемы, которые могут иметь место при неисправности блока питания, можно классифицировать как очевидные и неочевидные. К очевидным относятся: компьютер вообще не работает, появление дыма, сгорает предохранитель на распределительном щите. Неочевидные с целью исключения ошибок определения неисправного эле- мента требуют дополнительного диагностирования системы, тем не менее они могут быть связаны с работоспособностью источника: • любые ошибки и зависания при включении питания; • спонтанная перезагрузка и периодические зависания во время обыч- ной работы; • хаотические ошибки четности и другие ошибки памяти; • одновременная остановка жесткого диска и вентилятора (нет +12 В), перегрев компьютера из-за выхода из строя вентилятора; 219
fit. It I и* T‘1МНИ*И ПИГАНИ*-ПК И fit 1Ш>11’ИИ • перезапуск компьютера при малейшем снижении напряжения сети, • удары электрическим током во время прикосновения к корпусу ком пыотера или к разъемам; • небольшие статические разряды, нарушающие работу сети. Особое внимание следует обращать на цепь формирования сигнала «Пита пне в норме», ранняя подача этого сигнала может приводить к искажениям CMOS-памяти. Типовые неисправности, непосредственно связанные с нарушением рабо госпособности источника питания, приведены в табл. 6.1 Таблица 6.1. Типовые неисправности источников питания сист. блоков ПК Неисправность Признаки Причина Все выходные напряжения отсутствуют Перегорел предохра- нитель, следы гари в корпусе компьютера Неисправность связана с выходом из строя элементов заградительного фильтра и выпрямителя; следует убедиться в исправ- ности транзисторов преобразователя Предохранитель ис- правен Неисправность цепей полумостового преобразователя, транзисторов, неис- правность прокладок преобразователя, питание ШИМ-контроллера, цепи запуска преобразователя, проверить также ис- правность цепей защиты, пробой диодов выпрямителя +12В, +5В Отсутствие дистанционно- го управления питанием Предохранитель ис- правен Неисправность демпферных цепей вспо- могательного преобразователя, цепей управления запуском Отклонение вы- ходных напряже- ний от нормы Источник питания функционирует, вы- ходные напряжения не равны номинальному значению Проверить исправность цепей обратной связи, проверить правильность функцио- нирования микросхемы ШИМ- контролле- ра (TL494) Отсутствуют неко- торые выходные напряжения, треск в трансформаторе Межвитковые замыкания обмоток в дрос- селе групповой фильтрации, обрыв выпря- мительных диодов, проверить исправность соединителей Отсутствие нор- мального запуска компьютера Вторичные напряже- ния в норме, запуск возможен при нажатии кнопки «Сброс» или «Alt+Ctrl+Del» Недостаточна задержка сигнала P.G., зани- женный уровень напряжения +5В (+12В) 220
ГЛАмA 6 t>! М( ИГ ( Д’ »К " ПИ1АННН Учитывая требования к точности, выходные напряжения желап'лыю ироне Ьи 11. цифровым мультиметром. 6.2. Последовательность действий Последовательность действий можно свести к следующим. В выключен- ном состоянии источник внимательно осмотреть. Особое внимание обра- • н н. на состояние всех электролитических конденсаторов. Они не должны бы 11. вздуты. Проверить исправность предохранителя и элементов входного фильтра. Прозвонить на короткое замыкание или обрыв диоды выпрями- Тглыюго моста. Эту операцию, как и многие другие, можно провести, не вы- паивая диоды из платы. При этом в остальных случаях надо быть уверен- ным, что проверяемая цепь не шунтируется обмотками трансформатора или 1^:1истором. В подозрительных случаях, конечно же, элемент необходимо выпаивать и проверять отдельно. Далее необходимо проверить исправность выходных цепей: электролитических конденсаторов низкочастотных филь- гров, выпрямительных диодов и диодных сборок. После этого перейти к проверке силовых транзисторов высокочастотного преобразователя и тран- зисторов каскада управления. Неисправными также могут быть возвратные иноды, включенные параллельно электродам коллектор-эмиттер силовых ip нзисторов. Как правило, эти действия, дают положительный результат в обнаружении । < ц.ко следствия неработоспособности всего блока. Причина в большинстве случаев находится глубже. Так, при обнаружении неисправности силовых Транзисторов это может быть следствием неисправности цепей схемы за- щиты и контроля, нарушения цепи обратной связи, неисправности ШИМ- преобразователя, выхода из строя демпфирующих RC-цепочек или, что на- иболее фатально, межвитковый пробой силового трансформатора. Поэтому Вели удается найти неисправный элемент, то желательно пройти все этапы проверок, перечисленные выше. Поскольку предохранитель сам по себе ни- когда не сгорает, а пробитый диод в выходном выпрямителе тащит за собой । щё и силовые транзисторы высокочастотного преобразователя. Проверку работоспособности микросхемы TL494 можно произвести, не включая блок питания. При этом микросхему необходимо запитать от вне- П1 чего источника напряжением +9В..+20В. Напряжение подается на вывод 12 относительно выв. 7 желательно через маломощный выпрямительный диод. Все измерения тоже должны проводиться относительно выв. 7. При подаче питания на микросхему контролируем напряжение на выв. 5. Оно юлжно быть +5В (±5%) и быть стабильным при изменении напряжения питания на выв. 12 в пределах +9В..+20В. В противном случае не испра- 221
wwrrivjEHMfcir HL Ч ЯНИК И ПИТАНИИ У IK И ПСПИФ1 РИН Рис. 6.2. Осцилограммы при тестировании микросхемы TL494 222
Глана G I М< iH i »WM йй n ПИМНЙй •н и внутренний стабилизатор напряжения микросхемы. Далее осцилло! ра ф» >м смотрим напряжение на выв. 5. Оно должно быть пилообразной формы амплитудой 3,2В (рис. 6.2). Если сигнал отсутствует или иной формы, то проверить целостность конденсатора и резистора, подключенных к выв. 5 н выв. 6 соответственно. В случае исправности этих элементов микросхему необходимо заменить. После этого проверяем наличие управляющих сипы н»н на выходе микросхемы (выв. 8 и выв. И). Они должны соответствова ! ь осциллограммам, приведенным на рис. 6.2. Отсутствие этих сигналов так же • Iшорит о неисправности микросхемы. В случае успешного прохождения щ ны ганий микросхема считается исправной. После того как все элементы будут проверены и заменены на исправные, можно включить блок питания и проверить наличие напряжения +310В на электролитических конденсаторах Cl, С2 (рис. 6.3). Это напряжение долж- но быть результатом суммы двух напряжений последовательно включенных I щденсаторов. Рис. 6.3. В работоспособности высокочастотного преобразователя можно убедиться, посмотрев форму напряжения на коллекторе транзистора Q2 (рис. 6.3). При и ом нужно соблюдать большую осторожность! Блок питания обязательно должен быть включен через развязывающий трансформатор. Общий провод • к циллографа не должен быть подключен к шине общего провода блока ни । лпия Щупы осциллографа подключаются только к транзистору Q2, общий к эмиттеру, сигнальный - к коллектору Форма напряжения должна соо г нс 1ствовать осциллограмме, приведенной на рис. 6.4. 223
' ' "I " М' ИННI И» | »Ч *И ПИР НИ I I 114 И ПН И I Рис. 6.4. Осциллограмма на транзисторе Q2 Корректор коэффициента мощности можно рассматривать как автономное устройство в источнике питания. Проверку работоспособности достаточно просто оценить по выходному напряжению корректора [15]. Наличие на- пряжения порядка 400В на выходе корректора позволяет судить о его ис правности. Отклонение выходного напряжения от указанной величины предполагает дальнейшую проверку работоспособности устройству. В табл, 6.2 приводятся ориентировочные данные напряжений на отдельных выво дах микросхемы TDA16888 при нормальной работе корректора. Таблица 6.2. Напряжения на отдельных выводах микросхемы TDA16888 при нормальной работе корректора Сигнал Напряжение, В PFC IAC (1) -0,3...6,7 Vref (2) 7,5 PFCCC(3) 0,5...7,5 PFCCS (4) 0,4...1,0 GNDS(5) 0,4... 1,0 PFC CL (6) 1,1...3 GND (7) 0 PFC OUT (8) 0,8...12* Vcc(9) 11...14 PFC FB(17) 0...6 PFC VC (18) 0,5...6,7 PFC VS (19) 4,1...5,4 AUX VS (20) -0,3...8 * Сигнал PFC OUT имеет импульсную форму в таблице указаны значения минимальной и максимальной амплитуды импульсного сигнала 224
| Дополнительно удостовериться в правильности функционирования кор |н -втора можно также по наличию осциллограмм выходного напряжения на пынода PFC OUT микросхемы, на затворе и истоке ключевого гранзисто|м в виде последовательности импульсов. Выпрямленную синусоиду напряжс пня сети можно наблюдать на выводе PFC IAC. 6.3. Регулируемый стабилизатор TL431 Микросхема TL431 представляет собой прецизионный стабилитрон с pei у шрусмым напряжением стабилизации. Условное обозначение стабилитрона приведено на рис. 6.5, а его функциональная схема — на рис. 6.6. Ниже приведены основные электрические параметры стабилитрона. • максимальное напряжение «катод-анод» (Vka) 37В; • минимальное напряжение стабилизации (Vref = Vka) 2.5В; • максимальный ток катода (ika) 150мА. Рис. 6.5. Условное обозначение стабилитрона Рис. 6.6. Функциональная схема стабилитрона К Зак 1021 225
ичттмннш 1 IОЧИ »И ПИ1АНИЯ I F* И ГИЯИОм IWI 6.4. Проверка элементов Детальную проверку радиоэлементов можно производить как с помощью цифровых мультиметров, так и аналоговых (стрелочных). Рассмотрим про верку типовых элементов источника питания. Диоды Проверку полупроводниковых диодов стрелочным прибором следует про водить, включив прибор для измерения сопротивлений, начиная с наиболее нижнего предела (установить переключатель в положение xl). При этом из меряют сопротивления диода в прямом и обратном направлениях. В случае исправного диода прибор покажет небольшое сопротивление (несколько со тен ом) для прямого смещения диода, в обратном — бесконечно большое со противление (разрыв). Для неисправного диода прямое и обратное направ ления мало чем различаются. При проверке цифровым мультиметром прибор переводят в режим тести рования (иначе в режиме измерения сопротивления в прямом и обратном направлениях диод покажет разрыв). Если диод исправен, то на цифровом табло отображается напряжение р-n перехода, в прямом направлении для кремниевых диодов это напряжение 0,5...0,8 В, для германиевых 0,2...0,4В, в обратном направлении — разрыв. Транзисторы Учитывая, что транзистор имеет два р-п перехода, при тестировании трап зисторов подвергаются проверке оба перехода, в остальном проверка анало гична проверке диодов. Проверку удобно проводить, измеряя сопротивле- ния переходов относительно базового вывода, приставив один из электродов прибора к базе измеряемого транзистора. Для маломощных транзисторов при измерении стрелочным прибором оба перехода в прямом направлении имеют достаточно близкие значения (порядка сотен ом) и в обратном на- правлении — разрыв. Дополнительной проверке подвергается переход коллектор-эмиттер, ко- торый также должен иметь разрыв. При проверке мощных транзисторов сопротивления переходов в прямом направлении могут быть несколько единиц ом. Цифровой прибор показывает напряжение для прямого направ ления переходов 0,45...0,9 В. Для определения структуры и выводов неизвестного транзистора желатель по воспользоваться стрелочным прибором. При определении выводов необ 226
Глава в Pi м- hi шкжои питания WiiiMo предвари гелыю убедиться в том, что транзистор исправен. Для згою »р< деляется вывод базы ио примерно одинаковым малым сопротивлениям Ьг|и ходов база-эмитгер и база-коллектор в прямом и большим — в обратном ннр твлепии. |ln ripnocTb щупа прибора, смещающего переходы в прямое направление, редел и г структуру транзистора: если щуп прибора имеет полярнос ть « > ЛН.11Иг транзистор имеет структуру р-п-р, а если «+» — го п-р-п. Для опре шпиня эмиттерного и коллекторного выводов транзистора щупы прибора Выключаются к неизвестным пока выводам транзистора. Найденный вывод In аы через резистор в 1 кОм поочередно подключается к каждому из осгав- Нн \гя выводов. При этом поочередно измеряется сопротивление переходов мл<‘ктор-эмиттер. Вывод, к которому резистор подключен, имеющий наименьшее значение со |||н п явления перехода, определит коллектор транзистора, оставшийся элек- 0 •• > I будет эмиттером. Транзистор MOSFET 111 юверка MOSFET заключается в проверке отсутствия пробоя между элек- цюдами. Проверку проводят стрелочным прибором или мультиметром в ре- ЦП1М<! тестирования р-n переходов. I ^противление затвор-исток должно быть бесконечно большим независи- мо ( >т полярности подключения щупов прибора. После измерения сопротив- ления затвор - исток выводы транзистора необходимо замкнуть между со- бой, чтобы снять накопленный заряд. Р-n переход у транзисторов MOSFET должен присутствовать только между стоком и истоком. Так, у транзистора Ьгипа стрелочный прибор должен показать прямое сопротивление р-п-пс- Ндода при подключении щупа с полярностью «+» на исток транзистора, а • • на сток. При перемене щупов прибора местами, сопротивление должно быть бес- конечно большим (т. е. измеряем обратное сопротивление р-п-перехода). В процессе измерения обратного сопротивления р-п-перехода, не отключая Шупов прибора от выводов транзистора, выводом затвора транзистора каса- |н г я вывода стока. При этом должен открыться основной канал транзистора < н к - исток, а прибор показать сопротивление, близкое к нулевому. Грапзисторы p-типа проверяются аналогично, только необходимо учесть, Кто р-п-переход между выводами сток - исток в этом случае включен наобо рог. 22/
v (1ПН Ml НИМ» И‘ ’• «ЧНИ> и ПИТДНИО ПК И ГО ГИФ* ' ИИ Оптопары Для проверки оптопар па входную часть (светоизлучающую) подается и • пряжение от внешнего источника питания. При этом контролируется сонр< • тивление перехода, как правило, коллектор-эмиттер в приемной части. У иг нравной оптопары сопротивление перехода коллектор-эмиттер значительно меньше при включенном питании (несколько сотен ом), чем при выключен ном. Неизменное сопротивление перехода коллектор-эмиттер свидетели твует о неисправности оптопары. Конденсаторы Неисправные конденсаторы могут выявляться в процессе внешнего осмот ра неисправного блока питания. Следует обращать внимание на трещины в корпусе, подтеки электролита, коррозию у выводов, нагревание корпус*» конденсатора при работе. Неплохой проверкой может быть параллельное подключение к проверяемому заведомо исправного конденсатора. Отсутс твие такой информации говорит о необходимости выпаивания подозритель ного конденсатора. Прибор, включенный в режим измерения сопротивления, устанавливаю! а верхний предел. При тестировании проверяют способность конденсатора к процессам заряда и перезаряда. Проверку удобно проводить стрелочным прибором. В процессе заряда стрелка прибора отклоняется к нулевой отмс i ке, а затем возвращается в исходное состояние (бесконечно большого сопро тивления). Чем больше емкость конденсатора, тем более длительный процесс заряда. В «утечном» конденсаторе процесс заряда продолжается процессом разряда, т.е. последующим процессом уменьшения сопротивления. Цифровой мультиметр при проверке конденсаторов издает звуковой сигнал Если сигнала нет, конденсатор неисправен. Термисторы В этих резисторах сопротивление значительно изменяется с изменением температуры. Проверку термисторов осуществляют при нормальной тем пературе и при повышенной. Повышенной температуры можно добиться, нагревая корпус термистора, например, с помощью паяльника. В источил ках питания, как правило, используются термисторы, сопротивление ко го рых при нормальной температуре составляет единицы Ом, с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, поэтому при нагревании сопротивление исправного термистора должно уменьшаться. 228
Глава 7. Выбор источника питания для системного блока ПК
В случае самостоятельной сборки системного блока возникает задача по вы бору блока питания. Для начала необходимо оценить суммарную мощность, потребляемую системным блоком. Наперед можно сказать, что реально до- статочно мощности: • офисный ПК - не более 300Вт; • мультимедийный ПК - 300..450Вт; • ПК для домашнего использования - от 350Вт; • игровой ПК - 420..500 Вт; • серверные станции - от 450Вт При покупке не дорогих источников нужно иметь в виду, что почти всегда производитель намеренно завышает его паспортные характеристики. От- носитесь к этой информации осторожно. Заявленная мощность не должна быть больше суммы произведений напряжений шин на номинальные токи по этим шинам. Кроме этого по указанным значениям токов можно опреде- лить, на какую общую мощность по стандарту ATX12V претендует данный блок. Данные по некоторым из версий стандарта можно найти выше, а пол- ностью информация содержится на сайте www.formfactors.org. Сопоставьте полученную цифру с заявленной мощностью и сделайте вывод. Дальнейший этап - выбор по функциональным возможностям (набор шлей- фов, уровень шума) и соответствующей ценовой категории. Здесь зачастую может не совпасть желаемое с возможным. Так, пожелав собрать системный 230
Г ЛАНА 7 Вн* I И" Г 'ЧНИКА ПИТАНИЯ ДЛЯ СИ(Л1 МН Г 'ЛО* А (И Л с минимальным уровнем шума, вряд ли удастся найти полное |ыо 6га и шторный источник с мощностью более 350Вт. К слову сказать, бес шумноеI ь — это все-таки прерогатива более дорогих блоков. Дешевые вари *Н1ы источников, например PowerMaster или Linkworld, как правило, часто Ь |н греваются, что заставляет систему термоконтроля с автоматической (и I \ лировкой оборотов вентилятора (если эта регулировка вообще есть) см ।онпно поддерживать высокие обороты. По этой причине вентиляторы в him всегда работают на предельных оборотах. Дополнительный шум создает Ьощиая струя воздуха, проходящая через штампованные в металлическом ► ”|'Н vce решетки. ' । ю касается цены, то условно разделим источники на три категории: пиж- ннм средняя и высокая. Здесь выбор зависит от поставленной задачи и ре- о л ной возможности покупателя. Так, в случае сборки сервера для обеспече- нии стабильной его работы (да, собственно, любого ПК, владелец которого |г желает иметь заморочек на этой почве), конечно, следует выбрать более Нежный источник, как правило, уже проверенного производителя. На рос- • шк ком рынке компьютерных блоков питания, неплохо зарекомендовали Кбя следующие производители: • Delta, с источниками серии GPS. Более известна их марка Chieftec (CFT500W); • FSP. Блоки питания производятся подразделением Fortron/Source (FSP Group) — SPI Electronic, являются OEM поставщиками БП для InWin, AOpen, Zalman. Hi на этих блоков составляет более100$. Достаточно недорогими являются 6 поки питания фирм: • In Win. Один из наиболее известных производителей корпусов, ра- нее использовали блоки от FSP Group, но в настоящее время налади- ли своё не менее качественное производство. Данные блоки питания обычно имеют логотип PowerMan, который не является зарегист- рированной торговой маркой, и поэтому может свободно использо- ваться. • НЕС. • Sirtec. Блоки данной фирмы продаются под марками High Power, Powerman. PowermanPro, Thermaltake. Рекомендуются к покупке модели не менее 360Вт. Косвенным критерием качества исполнения блока питания является его 1.< <. что означает наличие больших размеров трансформаторов и радиато рои. Вес приличного блока не может быть меньше 2кг, а блоки с пассивным 231
Couw м» книг источники питании ПК и г» ‘ ИФ» рии Рис. 7.1.I Power LC-В250АТХ (250Вт)(слева) и PowerMini PM-300W (300W) PFC должны весить еще больше. В случае комплектования источника ка кой-либо сопроводительной документацией любопытно найти в ней значс ние веса блока и сравнить его с реальным значением путем взвешивания, Совпадение этих величин говорит о добросовестности производителя и что сборка источника прошла без экономии на комплектации. Внешним признаком удешевления блока является уменьшение количества выходных разъемов периферийных устройств, как правило, не больше чегы рех, а также явно малая длина жгута. При этом толщина проводов жгута со ставляет 22..20 AWG вместо положенных 18 AWG. Корпус дешевых блоков исполнен из тонкого, прогибающегося железа, которое начинает дрожат!» и вибрировать от бешено вращающегося вентилятора. Размеры самого вен- тилятора не более 80x80мм. Решетки вентилятора проштампованы в самом корпусе, что создает дополнительный шум. К средней ценовой категории можно отнести источники с качественным (не прогибающимся) железом корпуса, а у дорогих блоков корпус дополни тельно покрыт лаком или специальной краской. Вентилятор 80x80мм или 120x120мм. Поток воздуха при этом проходит через проволочную решетку, не создавая шума. Количество периферийных разъемов составляет порядка 5-7 штук. Толщина провода в жгуте не тоньше 18 AWG. Блоки питания высокой ценовой категории поставляются в упаковке и с инструкцией по установке и эксплуатации. Здесь можно найти различ ную информацию по модели источника такую как: соответствие стандарту 232
I ЛАНА ! П1Л4 1’И 11 > nifrV a iihiwihv . -- KTX12V ver.2.x (PSDG), рабочая и максимальная мощности и допустимые кп нагрузки, гипы периферийных разъемов питания, график регулирова нм скорости вращения вентилятора в зависимости от нагрузки и др Ко нчсттво разъемов питания не мене 7 штук плюс дополнительные разъемы. |п пцина провода в жгуте 16AWG-18AWG. I ели есть возможность, то стоит заглянуть внутрь источника сквозь венти- ft ннионные решетки. Здесь также есть свои нюансы, которые следует иметь в иду Увы, более детальное заключение можно сделать только при искры гом ш «раусе. Итак. Полупустая печатная плата, неаккуратная пайка и монтаж |н)игны только у дешевых источников (рис. 23). Кроме того, для полупро Майковых приборов (силовые транзисторы высокочастотного преобразо- Иисля, выпрямительные диоды) в качестве радиаторов использованы плас- Шим без соответствующего оребрения, что уменьшает теплоотдачу системы н надежность работы всего блока. От такого источника вряд ли можно ожи a t I и соответствие характеристикам, указанным на ярлыке, не говоря уже о принадлежности к какой-либо из версий ATX12V PSDG. I кточники среднего класса существенно отличаются от дешевых экземпля- ров. Наличие нормальных радиаторов позволит на какое-то время оттянуть иы ход из строя блока питания в случае остановки вентилятора. За это время < i«« тема может предупредить о неисправности. В то же время не исключены Н1|и‘мычки в платах и этих блоках. Как правило, это касается того места, где размещаются элементы сетевого фильтра. При всем этом характеристики блока соответствуют реальным нагрузочным способностям и одной из вер- гий ATX12VPSDG. Рис. 7.2. Fortron/Source FSP300-60BTV (300Вт) (слева) и Macropower MP360AR Ver. 2 (360Вт) 233
1'41' I* »r I ' I *r1» ГТ 11»’ 1АИИН I ll\ И НГГ ' I I ИИ Дорогие блоки пи гания, кроме своего прелестною внешнего вида, должны соответствовать тому, что указано в их сопроводительной документа пин Отличительной чертой таких источников является наличие: активного кор ректора мощности, раздельной стабилизации выходных напряжений. Эш требует очень плотного монтажа и монтажа на отдельных печатных плачах При этом вместо пайки используется разъемное соединение. Кроме хорошего коэффициента мощности, у таких блоков возможен хоро ший КПД, что трудно переоценить при больших мощностях. Как правили, радиаторы таких источников массивны и с хорошим оребрением. В то время есть экземпляры, например FSP600-GLN, у которых радиаторы пред ставляют собой обычные алюминиевые пластины. Либо блоки имеют очень хороший КПД, либо производитель просто уверен в устанавливаемых вен тиляторах. В итоге можно сказать следующее. При покупке источника все-таки следуй обратиться к материалам, опубликованным в специализированных журна лах и размещенным на сайтах Интернета. Перечислить модели, представ ленные на рынке, нет возможности из-за устаревания материала. Блоки питания одинаковой модели, но купленные в разное время, могут по- казать неоднозначный результат. Не все производители добросовестно от носятся к выпускаемым изделиям. Желание сэкономить или уложиться в за данные габариты, причем не задумываясь о последствиях, приводит к тому, что расплачиваться за это приходится владельцу купленного источника. Рис. 7.3. Antec TruePower True430P (430Вт) (слева) и OCZ Technology ModStream OCZ-520 12U (520Вт) 234
Глава 8 Источники питания мониторов
8.1. Структурная схема построения системы питания ЖК-монитора Все напряжения, необходимые для работы ЖК-монитора, вырабатываются путём преобразования постоянного напряжения 11пит с помощью конверте- ров типа DC/DC (+5В, +3,ЗВ) и DC/AC (данное устройство также имеет название «инвертор» и предназначено для генерации переменного напря- жения питания ламп подсветки). Значение напряжения ипит, как правило, соответствует +12..18В и получается на выходе сетевого AC/DC- конверте ра, который либо вмонтирован в монитор, либо исполнен в виде отдельного блока питания и подключается к монитору с помощью низковольтного разъ- ёма. Структурная схема построения системы питания ЖК-монитора показа- на на рис. 8.1 на примере монитора Philips 150В. Постоянное напряжение ипит, равное 18В, поступает с внешнего сетевого преобразователя. DC/DC-конвертер формирует из постоянного напряже- ния +18В стабилизированные напряжения +5В, +3,ЗВ, необходимые для работы всех узлов монитора. Конвертер строится с помощью интегральных микросхем импульсных понижающих преобразователей напряжения, на- пример LM2596 National Semiconductor. 8.2. Инвертор (общие положения) Как известно из принципа работы ЖК-монитора, для формирования на его экране изображения необходимо через структуру жидкого кристалла про- 236
к микроконтроллеру от микроконтроллера Рис. 8.1. Структурная схема построения системы питания ЖК-монитора показана Hv< тить световой поток, который создается люминесцентной лампой под ии*тки с холодным катодом CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp). Эти лампы устанавливаются с двух противоположных сторон экрана монитора. Включение и дальнейшую работу ламп обеспечивает инвертор. Инвертор «впускает лампы напряжением порядка 1500В и обеспечивает их стабиль- ную работу при рабочих напряжениях от 600 до 1000В. Таким образом, в функции инвертора входит: • преобразование напряжения ипит в переменное напряжение большего уровня до (1900В) • стабилизация тока лампы подсветки; • регулировка высоковольтного напряжения с помощью широтно-им- пульсной модуляции (ШИМ). В функции инвертора входит также регулировка яркости изображения. В большинстве случаев в ЖК-мониторах эта регулировка (“Brightness”) реа- лизуется изменением яркости ламп подсветки. В то же время яркость можно регулировать с помощью матрицы путем добавления к основному сигналу, подаваемому на матрицу, постоянной составляющей. Правда, при этом не- гколько страдает качество изображения (уменьшается контрастность и вре Мя отклика). Изменять интенсивность свечения лампы подсветки можно двумя спосо бами. Первый заключается в регулировке тока разряда, значение которого составляет порядка 3..8 мА, а для ряда ламп этот диапазон ещё уже. При 23/
меньшем инее нарушатся равномерность свечения лампы, а при оольпк’М уменьшается срок её службы. Как следствие - хороших результатов pci у лнровки яркости экрана при реализации такою способа регулировки до сгичь не удается. Даже при установке нулевого значения яркости у такою монитора экран всё равно останется излишне ярким. Второй способ изменения интенсивности свечения ламп заключает ся вши ротно-импульсной модуляции напряжения питания лампы. При этом ено собе напряжение на лампу подается импульсами одинаковой амплитуды, но определенной длительности. За счёт изменения ширины единичного им пульса можно регулировать средний уровень напряжения питания лампы, л следовательно, её свечение. Существуют разные схемы построения инверторов: однотактные, двухтам ные. Тип инвертора определяется типом используемой матрицы и в случае замены вышедших из строя ламп подсветки замена должна производиться только на такие же. В большинстве ЖК-мониторов преобразователь инвер тора строится по схеме генератора с самовозбуждением. Ниже на структур ной схеме рассмотрим принцип работы инвертора (рис. 8.2). Рис. 8.2. Принцип работы инвертора 238
Постоянное напряжения питания U1U1I поступает на вход 1)С DC н|м‘о6ра Ь&иа геля и на вход блока дежурного режима, построенного на ключах Q1, Q2. При поступлении с платы контроллера положительного напряжения на базу транзистора Q1, соответствующего сигналу включения, инвертор пере ходит в рабочий режим. В этом случае напряжение UI1I1T поступает на блок контроля яркости (2) и широтно-импульсный модулятор (3). Блок контро- 1м и регулировки яркостью построен по схеме усилителя ошибки. Па один вход поступает опорный сигнал с платы контроллера, соответствующий за- данному уровню яркости. С этим напряжением сравнивается сигнал обрат пой связи (ОС2), поступающий на второй вход схемы. Полученный сигнал ошибки поступает на вход схемы ШИМ, управляя частотой импульсов. Сиг- нал обратной связи ОС1 поступает на второй вход схемы ШИМ и управляет длительностью формируемых импульсов. Эти импульсы управляют рабо- । <>й DC/DC-преобразователя. DC/DC-преобразователь обеспечивает подачу на вход автогенератора пос- тоянного высокого напряжения. Ключевой элемент (1), накопительная ин- дуктивность L1 и возвратный диод D1 входят в состав схемы повышающе- ю преобразователя. Автогенератор построен на транзисторах Q3, Q4, С1 и । рансформаторе Т1. Запуск его происходит автоматически при появлении импульсов с ШИМ-формирователя. Уровень переменного напряжения на выходе инвертора определяется параметрами элементов схемы, а частота напряжения - параметрами используемых ламп подсветки и установкой значения яркости. Сигналы обратной связи ОС1 и ОС2 вырабатываются схемой узла защиты и контроля, который анализирует уровень тока и напряжения на выходе ин- вертора. В случае перегрузки преобразователя (короткого замыкания) или понижения напряжения питания значение этих сигналов будут превышать пороговые значения, что приведёт к отключению генератора. Как правило, схемы блока контроля яркости и широтно-импульсного моду- лятора объединены в одной интегральной схеме ШИМ-контроллера. Ниже рассмотрены наиболее часто встречаемые типы инверторов и их ха- рактерные неисправности. 8.3. Инвертор типа PLCD2125207A фирмы ЕМАХ9 Этот инвертор используется в ЖК-панелях фирм Proview, Acer, АОС, BENQ и LG с диагональю экрана не более 15 дюймов. Он построен по одноканаль- 9 www.d43d.ru 239
Рис. 8.3. Принципиальная схема инвертора PLCD2125207A фирмы ЕМАХ 240
imui схеме с минимальным количеством элементов (рис. 8.3). При рабочем напряжении 700 В и гоке нагрузки 7 мА с помощью двух ламп максимальная яркость экрана составляет около 250 кд/м2. ( 'гартовое выходное напряжение инвертора составляет 1650В, время с раба 1ываиия защиты — от 1 до 1,3 с. На холостом ходу напряжение на выходе* ^Оставляет 1350 В. Наибольшая глубина яркости достигается при измене нии управляющего напряжения DIM (контакт 4 соединителя CON1) от 0 (максимальная яркость) до 5В (минимальная яркость). По такой же схеме* выполнен инвертор фирмы SAMPO. 8.3.1. Описание принципиальной схемы I Спряжение +12В поступает на конт. 1 разъема CON1 и через предохрани- н- lb F1 — на выв. 1—3 сборки Q3 (исток полевого транзистора). Повыша кмций DC/DC-преобразователь собран на элементах Q3-Q5, DI, D2, Q6. В I рабочем режиме сопротивление между истоком и стоком транзистора Q3 не превышает 40 мОм, при этом в нагрузку пропускается ток до 5 А. Преоб- разователем управляет контроллер яркости и ШИМ, который выполнен на микросхеме Ш типа TL5001 (аналог FP5001) фирмы Feeling Tech. Основ- ным элементом контроллера является компаратор, в котором напряжение генератора пилообразного напряжения (выв. 7) сравнивается с напряже- нием усилителем ошибки (УО), которое, в свою очередь, определяется со- отношением между опорным напряжением 1В и суммарным напряжением обратной связи и яркости (выв. 4). Частота пилообразного напряжения внутреннего генератора (около 300 кГц) определяется номиналом резистора R6 (подключен к выв. 7 Ul). С вы- хода компаратора (выв. 1) снимаются импульсы ШИМ, которые поступают на схему DC/DC-преобразователя. Контроллер обеспечивает также защиту от короткого замыкания и перегрузки. При коротком замыкании на выходе инвертора возрастает напряжение на делителе R17 R18, оно выпрямляется и подается на выв. 4 U1. Если напряжение становится равным 1,6 В, запуска- ется схема защиты контроллера. Порог срабатывания защиты определяется номиналом резистора R8. Кон- денсатор С8 обеспечивает «мягкий» старт при запуске инвертора или после окончания действия короткого замыкания. Если короткое замыкание длит ся менее 1 с (время определяется емкостью конденсатора С7), то нормаль- ная работа инвертора продолжается. В противном случае работа инвертора прекращается. Для надежного запуска преобразователя время срабатыва- ния защиты выбирается таким, чтобы в 10... 15 раз превысить время старта и «поджига» ламп. При перегрузке выходного каскада напряжение на правом 241
выводе дросселя 1.1 возрастает, стабилитрон 1)2 начинает пропускать ток, открывается транзистор Q6 и понижается порог срабатывания схемы защи ты. Преобразователь выполнен по схеме полумостового генератора с самовоз буждением на транзисторах Q7, Q8 и трансформаторе РТ1. При поступле нии с главной платы монитора напряжения включения питания ON/OFI (ЗВ) открывается транзистор Q2 и на контроллер U1 подается питанис (+12В на выв. 2). Импульсы ШИМ с выв. 1 U1 через транзисторы Q4, Q5 поступают на за твор Q3, тем самым запускается DC/DC-преобразователь. В свою очередь, с него питание подается на автогенератор. После этого на вторичной обмотке трансформатора РТ1 появляется высоковольтное переменное напряжение, которое поступает на лампы подсветки. Обмотка 1—2 РТ1 выполняет роль обратной связи автогенератора. Пока лампы не включены, выходное напря- жение преобразователя растет до напряжения пуска (1650 В), а затем инвер тор переходит в рабочий режим. Если лампы не удается поджечь (вследствие обрыва, «истощения»), происходит самопроизвольный срыв генерации. 8.3.2. Неисправности инвертора PLCD2125207А И ПОРЯДОК ИХ УСТРАНЕНИЯ Лампы подсветки не включаются Проверяют напряжение питания + 12В на выв. 2 (И. Если его нет, проверяют предохранитель F1, транзисторы QI, Q2. Если неисправен предохранитель F1, перед его заменой проверяют транзисторы Q3, Q4, Q5 на короткое замы- кание. Затем проверяют сигнал ENB или ON/OFF (конт. 3 разъема CON1) — его отсутствие может быть связано с неисправностью главной платы монитора. Проверяют это следующим способом: подают управляющее напряжение 3...5В на вход ON/OFF от независимого источника пита- ния или через делитель от источника 12В. Если при этом лампы включа- ются, то неисправна главная плата, в противном случае — инвертор. Если напряжения питания и сигнал включения есть, а лампы не светятся, то проводят внешний осмотр трансформатора РТ1, конденсаторов СЮ, СП и разъемов подключения ламп CON2, CON3, потемневшие и оплавленные детали заменяют. Если в момент включения на выв. 11 трансформатора РТ1 на короткое время появляются импульсы напряжения (щуп осциллографа через делитель под- 242
к ночаегся заранее, до включения монитора), а лампы не светятся, ю про верякл состояние контактов ламп и отсутствие на них механических пои рождений. Лампы снимают из посадочных мест, предварительно оперу ши винт крепления их корпуса к корпусу матрицы, и вместе с мегалличсе ким корпусом, в котором они установлены, равномерно и без перекосов выннма юг. В некоторыхмоделях мониторов («Acer AL1513» и BENQ) лампы имею! I образную форму и охватывают ЖК панель по периметру, и неос iорожньк щйствия при демонтаже могут их повредить. Если лампы повреждены или потемнели (что говорит о потере их свойст в), их заменяют. Заменять лампы можно только на аналогичные по мощное ши параметрам, в противном случае — либо инвертор не сможет их «поджечь 1ибо возникнет дуговой разряд, что быстро выведет лампы из строя Лампы включаются на короткое время (около 1 секунды) и тут же от- ключаются В этом случае вероятнее всего срабатывает защита от короткого замыкания или перегрузки во вторичных цепях инвертора. Устраняют причины сраба тывания защиты, проверяют исправность трансформатора РТ1, конденсат ров СЮ и Cl 1 и цепи обратной связи R17, R18, D3. Проверяют стабилитрон D2 и транзистор Q6, а также конденсатор С8 и делитель R8 R9. Если нанря жение на выв. 5 менее 1В, то заменяют конденсатор С7 (лучше — на тантало вый). Если все перечисленные выше действия не дают результата, заменяю! микросхему U1. Отключение ламп также может быть связано со срывом генерации преоб разователя. Для диагностики этой неисправности вместо ламп к разъемам CON2, CON3 подключают эквивалентную нагрузку — резистор номиналом 100 кОм и мощностью не менее 10 Вт. Последовательно с ним включаю! измерительный резистор номиналом 10 Ом. К нему подключают прибор!»! и измеряют частоту колебаний, которая должна быть в пределах от 54 кГц (при максимальной яркости) до 46 кГц (при минимальной яркости) и юн нагрузки от 6,8 до 7,8 мА. Для контроля выходного напряжения подключа ют вольтметр между выв. 11 трансформатора РТ1 и выводом нагрузочною резистора. Если измеренные параметры не соответствуют номиналу, контролирую i вс личину и стабильность напряжения питания на дросселе L1, а также про веряют транзисторы Q7, Q8, С9. Если при отключении правого (по схеме] диода сборки D3 от резистора R5 экран засвечивается, то неисправна одна н ламп. Даже с одной рабочей лампой яркости изображения бывает достаточ но для комфортной работы оператора.
Экран периодически мигает и яркость нестабильна Проверяют стабильность напряжения яркости (DIM) на конт. 4 разьсма CON1 и после резистора R3, отключив предварительно обратную связь (резистор R5). Если управляющее напряжение на разъеме нестабильно, то неисправна главная плата монитора (проверку проводят на всех доступных режимах работы монитора и по всему диапазону яркости). Если напряжение нестабильно на выв. 4 контроллера U1, то проверяют его режим по постоян- ному току в соответствии с табл. Ш, при этом инвертор должен находиться в рабочем режиме. Неисправную микросхему заменяют. Проверяют стабильность и амплитуду колебаний собственного генератора пилообразных импульсов (выв. 7), размах сигнала должен составлять от 0,7 до 1,3В, а частота — около 300 кГц. Если напряжение нестабильно — заменя- ют R6 или U1. Нестабильность работы инвертора может быть связана со старением ламп или их повреждением (периодическое нарушение контакта между подводя- щими проводами и выводами ламп). Чтобы проверить это, как и в преды- дущем случае, подключают эквивалент нагрузки. Если при этом инвертор работает стабильно, то необходимо заменить лампы. Через некоторое время (от нескольких секунд до нескольких минут) ИЗОБРАЖЕНИЕ ПРОПАДАЕТ Неправильно работает схема защиты. Проверяют и при необходимости за- меняют конденсатор С7, подключенный к выв. 5 контроллера, контролиру- ют режим по постоянному току контроллера U1 (см. предыдущую неисправ- ность). Проверяют стабильность работы ламп, измеряя уровень пилообразных им- пульсов на выходе схемы обратной связи, на правом аноде D3 (размах около 5В) при установке средней яркости (50 единиц). Если имеют место «выбро- сы» напряжения, проверяют исправность трансформатора и конденсаторов С9, СЮ, СИ. В заключение проверяют стабильность работы схемы ШИМ контроллера U1. 244
8.4. Инвертор типа DIVTL0144-D21 фирмы SAMPO 8.4.1. Описание принципиальной схемы Принципиальная схема этого инвертора приведена на рис. 4. Он примсня- « к я для питания ламп подсветки 15-дюймовых матриц фирм SUNGWUN, SAMSUNG, LG-PHILIPS, HITACHI. Рабочее напряжение - 650 В при токе и.н рузке 7,5 мА (при максимальной яркости) и 4,5 мА — при минимальной. |.цуговое напряжение («поджиг») составляет 1900 В, частота питающего напряжения ламп — 55 кГц (при средней яркости). Уровень сигнала регулн роцки яркости составляет от 0 (максимальная) до 5 В (минимальная). Время Срабатывания защиты — 1...4 с. II качестве контроллера и ШИМ используется микросхема U201 типа IIA9741 фирмы ROHM (ее аналог TL1451). Она является двухканальным контроллером, но в данном случае используется только один канал. При включении монитора в сеть, напряжение +12 В поступает на выв. 1 3 ip шзисторной сборки Q203 (исток полевого транзистора). При включении монитора сигнал запуска инвертора ON/OFF (+3 В) поступает с главной и паты и открывает транзисторы Q201, Q202. Тем самым напряжение +12 В подается на выв. 9 контроллера U201. После этого начинает работать внут- |н нпий генератор пилообразного напряжения, частота которого определяет- ся номиналами элементов С208 и R204, подключенных к выв. 1 и 2 микро схемы. На выв. 10 микросхемы появляются импульсы ШИМ, которые пос- ыпают на затвор Q203 через усилитель на транзисторах Q205, Q207. 11а выв. 5—8 Q203 формируется постоянное напряжение, которое подастся пл автогенератор (на элементах Q209, Q210, РТ201). Синусоидальное на- пряжение размахом 650 В и частотой 55 кГц (в момент «поджига» ламп оно тостигает 1900 В) с выхода преобразователя через разъемы CN201, CN202 подается на лампы подсветки. На элементах D203, R220, R222 выполнена схема формирования сигнала защиты и «мягкого» старта. В момент вою чения ламп возрастает потребление энергии в первичной цепи инвертора и напряжение на выходе DC/DC-преобразователя (Q203, Q205, Q207) растет, стабилитрон D203 начинает проводить ток и часть напряжения с делителя R220 R222 поступает на выв. 11 контроллера, повышая тем самым порог сра батывания схемы защиты на время запуска. Стабильность и яркость свечения ламп, а также защита от короткого замы '4' •
246
кания обеспечивается цепью обратной связи па элементах 1)209,!)?(>:» R23 I, 1)207, С221. Напряжение обратной связи поступает на выв. 14 микросхемы (прямой вход усилителя ошибки), а напряжение яркости с главной платы монитора (DIM) — на инверсный вход УО (выв. 13), определяя частей у им пульсов ШИМ на выходе контроллера, а значит, и уровень выходного и i пряжения. При минимальной яркости (напряжение DIM равно 5 В) она состац/ш ст 50 кГц, а при максимальной (напряжение DIM равно нулю) — 60 к1ц. Если напряжение обратной связи превышает 1,6 В (выв. 14 микросхемы U201), включается схема защиты. Если короткое замыкание в нагрузке дл 111 ея менее 2 с (это время заряда конденсатора С207 от опорного напряжения ♦ 2,5 В — выв. 15 микросхемы), работоспособность инвертора восстапавлп пае гея, что обеспечивает надежный запуск ламп. При длительном корей ком замыкании инвертор выключается. 8.4.2. Неисправности инвертора DIVTL0144-D21 И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ Лампы не светятся Проверяют наличие напряжения +12В на выв. 1—3 Q203, исправность ирг лохранителя F1 (установлен на главной плате монитора). Если предохрани тель неисправен, то перед установкой нового проверяют на короткое замы кание транзисторы Q201, Q202, а также конденсаторы С201, С202, С225 Проверяют наличие напряжения ON/OFF: при включении рабочего режима оно должно быть равно ЗВ, а при выключении или переходе в ждущий режи м — нулю. Если управляющее напряжение отсутствует, проверяют главную плату (включением инвертора управляет микроконтроллер панели LCD). Если все вышеперечисленные напряжения в норме, а импульсов Ill ИМ на выв. 10 микросхемы U201 нет, проверяют стабилитроны D203 и D201, трансформатор РТ201 (можно определить визуальным осмотром по по гем певшему или оплавленному корпусу), конденсаторы С215, С216 и трапзис торы Q209, Q210. Если короткое замыкание отсутствует, то проверяют исправность и номинал конденсаторов С205 и С207. В случае если перечисленные выше элементы исправны, заменяют контроллер U201. Отметим, что отсутствие свечения ламп подсветки может быть связано с их обрывом или механической полом кой. 247
Лампы на короткое время включаются и гаснут Если засвсчка сохраняется в течение 2 с, то неисправна цепь обратной связи. Гели при отключении от схемы элементов L201 и D207 на выв. 7 микросхс мы U201 появляются импульсы ШИМ, то неисправна либо одна из ламп подсветки, либо цепь обратной связи. В этом случае проверяют стабилитрон 1)203, диоды D205, D209, D207, конденсаторы С221, С219, а также дроссель 1.202. Контролируют напряжение на выв. 13 и 14 U201. В рабочем режиме напряжение на этих выводах должно быть одинаковым (около 1В — при средней яркости). Если напряжение на выв. 14 значительно ниже, чем на выв. 13, то проверяют диоды D205, D209 и лампы на обрыв. При резком увеличении напряжения на выв. 14 микросхемы U201 (выше уровня 1,6 В) проверяют элементы РТ1, L202, С215, С216. Если они исправ- ны, заменяют микросхему U201. При ее замене на аналог (TL1451) проверя- ют пороговое напряжение на выв. 11 (1,6В) и при необходимости подбираю! номинал элементов С205, R222. Подбором номиналов элементов R204, С208 устанавливают частоту пилообразных импульсов: на выв. 2 микросхемы должно быть около 200 кГц. Подсветка выключается через некоторое время (от нескольких секунд до нескольких минут) после включения монитора Вначале проверяют конденсатор С207 и резистор R207. Затем проверяют исправность контактов инвертора и ламп подсветки, конденсаторов С215. С216 (заменой), трансформатора РТ201, транзисторов Q209, Q210. Контро- лируют пороговое напряжение на выв. 16 U201 (2,5В), если оно занижено или отсутствует, заменяют микросхему. Если напряжение на выв. 12 выше 1,6В, проверяют конденсатор С208, в противном случае также заменяют U201. Яркость самопроизвольно изменяется во всем диапазоне или на отде- льных РЕЖИМАХ РАБОТЫ ТЕЛЕВИЗОРА (МОНИТОРА) Если неисправность проявляется только в некоторых режимах разрешения и в определенном диапазоне изменения яркости, то неисправность связана с главной платой микросхемой памяти или контроллера LCD. Если яркость самопроизвольно меняется во всех режимах, то неисправен инвертор. Про- веряют напряжение регулировки яркости (на выв. 13 U201 — 1,3В (при сред- ней яркости), но не выше 1,6В). В случае, если напряжение на контакте DIM стабильно, а на выв. 13 — нет, заменяют микросхему U201. Если напряжение на выв. 14 нестабильно или 248
Г ЛАЛА 8 И Ч ОЧНИКИ ПИТАНИЯ М Н1И1(' < М1 ыпижсно (менее 0,3В при минимальной яркости), го вместо ламп нодк по чают эквивалент нагрузки — резистор номиналом 80 кОм. При сохранении дефекта заменяют микросхему U201. Если эта замена нс помогла, замен яки лампы, а также проверяют исправность их контактов. Измеряю! наиряже ние на выв. 12 микросхемы U201, в рабочем режиме оно должно быть поряд ка 1,5 В. Если оно ниже этого предела, проверяют элементы С209, R208. Примечание. В инверторах других производителей (EMAX, TDK), выполненных по аналогичной схеме, но использующей другие компоненты (за исключением контроллера): мик- росхему SI443 заменяют на D9435, а транзисторы 2SC5706 на 2SD2190. Напряже- ние на выводах микросхемы U201 может изменяться в пределах ±0,ЗВ. Таблица 8.1. Режим по постоянному току микросхемы TL5001CP Состояние инвертора Напряжения на выводах микросхемы U1, В 1 2 3 4 5 6 7 8 Инвертор включен, но лампы не светятся 12 12 2,2 0 2,32 0,2 1 0 Инвертор включен, лампы светятся 2,6 12 2,1 0,1 0,8 1,2 1 0 8.5. Инвертор фирмы TDK 8.5.1. Принципиальная схема и ее описание Этот инвертор (рис. 8.5) применяется в 17-дюймовых мониторах и телеви- зорах с матрицами SAMSUNG, а его упрощенный вариант (рис. 8.6) — в 15- дюймовых мониторах LG с матрицей LG-PHILIPS. Схема реализована на основе 2-канального ШИМ-контроллера фирмы OZ960 O2MICRO с 4-мя выходами управляющих сигналов. В качестве с иловых ключей применяются транзисторные сборки типа FDS4435 (два полевых транзистора с p-каналом) и FDS4410 (два полевых транзистора с п-каналом). Схема позволяет подключить 4 лампы, что обеспечивает повы- шенную яркость подсветки панели LCD. Инвертор обладает следующими характеристиками: • напряжение питания — 12 В; • номинальный ток в нагрузке каждого канала — 8 мА; 249
sdreHd-OT ° эт «—-»««—«*« '«i ли‘”"и 9 S '°ш R9Q3 1CK СПМА OVP EXA SSI |WDOA GNDA REF QW3 2X7002 CW3 Wh«" СЮ4 C906 0.1 im -----1!-- * RSWMOK RW1 1«к£ 2W0® ZD901 R9C2 1Q0* CSOTAOlwc —ib-r-- смех c.oiw^£ R905Vt —E>— fcSOCr «qaI U901 QZ960G/SQP20 NORVJB PDRVJk CT 11 11 RT 11 ICT 11 Л. RT1 FB 22 CMP PDRVjC NDRVJD 12. R910 334 D901 1N4143 ~О—Й------ QftMFpSMM 0901 47C«< 258 C9I3 и.О*Уи» C915 <?мс -Jg pj •is ciir HH cw Cflt2220 D9G< * ----------- 090SFPS44W el.fl 2DW3 RU6.28 СЙИ O.Clior Cfioe.fw RM710CH HH Cf!4 0,047ш Pt9l« 10< R»t4?7 —o- -^— O9OJFOS4410 —•4s op- —^6 op-^ owe* —— 0907 FP5U10 4,>w< Ж К Рис. 8.5. Инвертор фирмы TDK, применяющийся в 17-дюймовых мониторах с матрицами SAMSUNG 250
<'...I Ml ННЫ1 ИГ 11 ЧНИКИ ПИТАНИИ ПК И (II РИ<Н ГИИ • рабочее напряжение питания ламп — 850 В, • напряжение запуска — 1300 В; • частота выходного напряжения — от 30 кГц (при минимальной ярко сти) до 60 кГц (при максимальной яркости); • максимальная яркость свечения экрана с этим инвертором —350 кд/м2; • время срабатывания защиты — 1..2 с. При включении монитора на разъем инвертора поступают напряжения +Г' В — для питания ключей Q904-Q907 и +6 В — для питания контроллера U901 (в варианте для монитора LG это напряжение формируется из напря жения +12 В, см. схему на рис.6). При этом инвертор находится в дежурном режиме. Напряжение включения контроллера ENV поступает на выв. 3 микросхемы от микроконтроллера главной платы монитора. Контроллер ШИМ имеет два одинаковых выхода для питания двух каналов инвертора: выв. 11,12 и выв. 19,20 (рис. 8.5 и рис. 8.6). Частота работы генератора и ШИМ определяются номиналами резне тора R908 и конденсатора С912, подключенных к выв. 17 и 18 микросхемы (рис. 8.5). Резисторный делитель R908 R909 определяет начальный порея генератора пилообразного напряжения (0,3 В). На конденсаторе С906 (выв. 7 U901) формируется пороговое напряжение компаратора и схемы защиты, время срабатывания которой определяется номиналом конденсатора С902 (выв. 1). Напряжение защиты от короткого замыкания и перегрузки (при обрыве ламп подсветки) поступает на выв. 2 микросхемы. Контроллер U901 имеет встроенные схему мягкого запуска и внутренний стабилизатор. Запуск схемы мягкого запуска определяется напряжением на выв. 4 (5 В) контроллера. Преобразователь напряжения постоянного тока в высоковольтное напряжение питания ламп выполнен на двух парах транзисторных сборок p-типа FDS4435 и n-типа FDS4410 и запускается принудительно импульсами с ШИМ. В первичной обмотке трансформатора протекает пульсирующий ток, и на вторичных обмотках Т901 появляется напряжение питания ламп подсветки, подключенных к разъемам J904-J906. Для стабилизации выходных напря жений инвертора напряжение обратной связи подается через двухполупе риодные выпрямители Q911-Q914 и интегрирующую цепь R938 С907 С908 и в виде пилообразных импульсов поступает на выв. 9 контроллера U901 При обрыве одной из ламп подсветки возрастает ток через делитель R930 R932 или R931 R933,a затем выпрямленное напряжение поступает на выв. 2 контроллера, превышая установленный порог. Тем самым формирование импульсов ШИМ на выв. И, 12 и 19,20 U901 блокируется. 252
Глма8 И' |ни»ипиглии«ми1ит')<' и При коротком замыкании в контурах С933С934 Г901 (обмотка 5—4) н ( 930 С931 1'901 (обмотка 1 8) возникают «всплески» напряжения, которые вы прнмляются Q907-Q910 и также поступают на выв. 2 контроллера — в ном случае срабатывает защита и инвертор выключается. Если время короткою шмыкапия не превышает время заряда конденсатора С902, то инвертор про .и > 1жает работать в нормальном режиме. Принципиальное отличие схем на рис. 8.5 и рис. 8.6 в том, что в первом слу чае применяется более сложная схема «мягкого» старта (сигнал поступает на выв. 4 микросхемы) на транзисторах Q.902, Q903. В схеме на рис.6 опа реализована на конденсаторе СЮ. В ней же используются сборки полевых транзисторов U2, U3 (р- и n-типа), что упрощает согласование их по мощ- ности и обеспечивает высокую надежность в схемах с двумя лампами. В схеме на рис. 8.5 применяются полевые транзисторы Q904-Q907, вклю- ченные по мостовой схеме, что повышает выходную мощность схемы и на- дежность работы в режимах пуска и при больших токах. 8.5.2. Неисправности инвертора и способы их устранения Лампы не включаются Проверяют наличие напряжения питания +12 и +6 В на конт. Vinv, Vdd со- единителя инвертора соответственно (рис. 8.5). При их отсутствии проверя- ют исправность главной платы монитора, сборок Q904, Q905, стабилитронов Q903-Q906 и конденсатора С901. Проверяют поступление напряжения включения инвертора +5 В на конт. Ven при переводе монитора в рабочий режим. Проверить исправность инвер- тора можно с помощью внешнего источника питания, подав напряжение 5 В на выв. 3 микросхемы U901. Если при этом лампы включаются, то причина неисправности в главной плате. В противном случае проверяют элементы инвертора, а контролируют наличие сигналов ШИМ на выв. 11, 12 и 19, 20 U901 и в случае их отсутствия заменяют эту микросхему. Также проверяют исправность обмоток трансформатора Т901 на обрыв и короткое замыкание витков. При обнаружении короткого замыкания во вторичных цепях трансформа- тора в первую очередь проверяют исправность конденсаторов С931, С930, С933 и С934. Если эти конденсаторы исправны (можно просто отпаять их от схемы), а короткое замыкание имеет место, вскрывают место установки ламп и проверяют их контакты. Обгоревшие контакты восстанавливают. 253
’ "t i’MlMMNi Hi I ЧНИ4И Г1И1 НИ ' I IK И П1 * ИФ1 I ИИ Лампы подсветки вспыхивают на короткое время и тут же гаснут Проверяют исправность всех ламп, а также их цепи соединения с разъема ми J903-J906. Проверить исправность этой цепи можно, не разбирая блок ламп. Для этого отключают на короткое время цепи обратной связи, после довательно отпаивая диоды D911, D913. Если при этом вторая пара ламп включится — то неисправна одна из ламп первой пары. В противном случае неисправен контроллер ШИМ или повреждены все лампы. Проверить работоспособность инвертора также можно, используя вместо ламп эквивалентную нагрузку — резистор номиналом 100 кОм, включенный между конт. 1,2 разъемов J903, J906. Если в этом случае инвертор не работа- ет и импульсов ШИМ нет на выв. 19,20 и 11,12 U901, то проверяют уровень напряжения на выв. 9 и 10 микросхемы (1,24 и 1,33 В соответственно). При отсутствии указанных напряжений проверяют элементы С907, С908, D901 и R910. Перед заменой микросхемы контроллера проверяют номинал и исправность конденсаторов С902, С904 и С906. Инвертор самопроизвольно выключается через некоторое время (от НЕСКОЛЬКИХ СЕКУНД до нескольких минут) Проверяют напряжение на выв.1 (около 0 В) и выв.2 (0,85 В) U901 в рабо- чем режиме, при необходимости меняют конденсатор С902. При значитель- ном отличии напряжения на выв. 2 от номинального проверяют элементы в цепи защиты от короткого замыкания и перегрузки (D907-D910, С930- С935, R930-R933) и, если они исправны, заменяют микросхему контролле- ра. Проверяют соотношение напряжений на выв. 9 и 10 микросхемы: на выв. 9 напряжение должно быть ниже. Если это не так, проверяют емкостной де- литель С907 С908 и элементы обратной связи D911-D914, R938. Чаще всего причина подобной неисправности вызвана дефектом конденсатора С902. Инвертор работает нестабильно, наблюдается мигание ламп подсветки Проверяют работоспособность инвертора на всех режимах работы монито- ра и во всем диапазоне яркости. Если нестабильность наблюдается только в некоторых режимах, то неисправна главная плата монитора (схема форми- рования напряжения яркости). Как и в предыдущем случае, включают экви- валентную нагрузку и в разрыв цепи устанавливают миллиамперметр. Если ток стабилен и равен 7,5 мА (при минимальной яркости) и 8,5 мА (при мак- симальной яркости), то неисправны лампы подсветки и их надо заменить. Также проверяют элементы вторичной цепи: Т901. С930-С934. Затем про- веряют стабильность прямоугольных импульсов (средняя частота— 45 кГц) 254
На ныв. 11, 12 и 19, 20 микросхемы U901. Постоянная с<х“ганляющая па них до1жна быть 2,7 В на Р-выходах и 2.5 В — на N-выходах). Проверяю! cia би пыюсть пилообразного напряжения на выв. 17 микросхемы и при необхо димости заменяют С912, R908. 8.6. Инвертор фирмы SAMPO на базе микросхемы TL1451 АС 8.6.1. Принципиальная схема и ее описание Принципиальная схема инвертора фирмы SAMPO приведена на рис. 8.7. Данный инвертор используется в 17-дюймовых панелях SAMSUNG, АОС г матрицами SANYO, в мониторах «Preview SH 770» и «MAG HD772». Су- ществует несколько модификаций этой схемы. Инвертор формирует выход- ное напряжение 810 В при номинальном токе через каждую из четырех лю- минесцентных ламп (около 6,8 мА). Стартовое выходное напряжение схемы - 1750 В. Частота работы преобразователя при средней яркости — 57 кГц, при этом достигается яркость экрана монитора до 300 кд/м2. Время сраба- I ывания схемы защиты инвертора — от 0,4 до 1 с. Основой инвертора является микросхема TL1451AC (аналоги — TI1451, ВА9741). Микросхема имеет два канала управления, что позволяет реали- .ювать схему питания четырех ламп. При включении монитора напряжение *12В поступает на входы конверторов напряжения +12 В (истоки полевых транзисторов Q203, Q204). Напряжение регулировки яркости DIM посту- пает на выв. 4 и 13 микросхемы (инверсные входы усилителей ошибки). При поступлении от главной платы монитора напряжения включения, рав- ного 3 В (конт. ON/OFF), открываются транзисторы Q201 и Q202 и на выв. 9 (VCC) микросхемы U201 подается напряжение + 12 В. На выв. 7 и 10 появ- ляются прямоугольные импульсы ШИМ, которые поступают на базы тран- зисторов Q205, Q207 (Q206^ Q208), а с них - на Q203 (Q204). В результате на правых по схеме выводах дросселей L201 и L202 появляется напряжения, значение которых зависит от скважности ШИМ сигналов. Этими напря- жениями питаются схемы автогенераторов, выполненных на транзисторах Q209, Q210 (Q211, Q212). На первичных обмотках 2—5 трансформаторов РТ201 и РТ202 соответс- твенно появляется импульсное напряжение, частота которых определяется емкостью конденсаторов С213, С214, индуктивностью обмоток 2—5 транс- форматоров РТ201, РТ202, а также уровнем питающего напряжения. При 255
Рис. 8.7. Инвертор фирмы SAMPO на базе микросхемы TL1451 АС 256
H v uipoiuu* яркости меняемся напряжение на выходах конверторов и, как । I .Кчипе, частота генераторов. Амплитуда выходных импульсов ипверюра <»П| < селяегея напряжением питания и состоянием нагрузки. А и к •генераторы выполнены по полумостовой схеме, которая обеспечиваеп Шппиту от больших токов в нагрузке и обрыве во вторичной цепи (опелю «Irinin ламп, обрыве конденсаторов С215-С218). Основа схемы защиты на родится в контроллере U201. Кроме того, в схему защиты входят элементы I • 4)3, R220. R222 (D204, R221, R223), а также цепь обратной связи D205 1)207 R240 С221 (D206 D208 R241 С222). При повышении напряжения на выходе конвертора стабилитрон D203 (D204) пробивается и напряжение с /в цителя R220, R222 (R221, R223) поступает на вход схемы защиты от перс «узки контроллера U201 (выв. 6 и 11), повышая порог срабатывания защи- • ы на время запуска ламп. Схемы обратной связи выпрямляют напряжение на выходе ламп и оно пос- ।. пает на прямые входы усилителей ошибки контроллера (выв. 3, 13), где • •но сравнивается с напряжением регулировки яркости. В результате изме- няется частота импульсов ШИМ и яркость свечения ламп поддерживается и « постоянном уровне. Если это напряжение превысит 1,6 В, то запустится Псма защиты от короткого замыкания, которая сработает за время заряда конденсатора С207 (около 1 с). Если короткое замыкание длится меньше hi ого времени, то инвертор продолжит нормальную работу. 8.6.2. Неисправности инвертора и способы их УСТРАНЕНИЯ Инвертор не включается, лампы не светятся Проверяют наличие напряжений +12 В и активное состояние сигнала ON/ (>FF. При отсутствии +12 В, проверяют его наличие на главной плате, а так- же исправность транзисторов Q201, Q202, Q205. Q207, Q206, Q208 и Q203, Q204. При отсутствии напряжения включения инвертора ONN/OFF, его подают от внешнего источника: +3..5 В через резистор 1 кОм на базу тран- зистора Q201. Если при этом лампы включатся, то неисправность связана с ((нормированием напряжения включения инвертора на главной плате. В противном случае проверяют напряжение на выв.7 и выв.10 U201. Оно должно быть равно 3,8 В. Есл и напряжение на этих выводах равно 12 В, то не- исправен контроллер U201 и его необходимо заменить. Проверяют опорное напряжение на выв.16 U201 (2,5 В). Если оно равно нулю, проверяют кон- денсаторы С206, С205 и, если они исправны, заменяют контроллер U201. 9 Зак. 1021 257
Проверяют наличие генерации на выв. 1 (пилообразное напряжение разма хом 1 В) и в случае его отсутствия конденсатор С208 и резистор R204. Лампы загораются, но тут же гаснут (в течение промежутка ВРЕМЕНИ МЕНЕЕ 1 с) Проверяют исправность стабилитронов D201, D202 и транзисторов Q209. Q210 (Q211, Q212). При этом неисправна может быть одна из пар транзш торов. Проверяют схему защиты от перегрузки и исправность стабилитро нов D203, D204, а также номиналы резисторов R220, R222 (R221, R223) и конденсаторы С205, С206. Проверяют напряжение на выв. 6(11) микросхе мы контроллера (2,3 В). Если оно занижено или равно нулю, проверяют эле менты С205, R222 (С206, R223). При отсутствии сигналов ШИМ на выв. 7 и 10 микросхемы U201 измеряю! напряжение на выв. 3 (14). Оно должно быть на 0,1..0,2 В больше, чем на выв. 4 (13), либо одинаковым. Если это условие не выполняется, проверяю! элементы D206, D208, R241. При проведении указанных выше измерении лучше пользоваться осциллографом. Отключение инвертора может быть связано с обрывом или механическим повреждением одной из ламп. Для проверки этого предположения (чтобы не разбирать узел ламп) отключают напряжение +12 В одного из каналов. Если при этом экран монитора начинает светиться, то неисправен отключен ный канал. Проверяют также исправность трансформаторов РТ201, РТ202 и конденсаторов С215-С218. Лампы самопроизвольно отключаются через некоторое время (от ЕДИНИЦ СЕКУНД ДО МИНУТ) Как и в предыдущих случаях, проверяют элементы схемы защиты: кондеи саторы С205, С206, резисторы R222, R223, а также уровень напряжения на выв. 6 и 11 микросхемы U201. В большинстве случаев причина дефекта вы звана неисправностью конденсатора С207 (определяющем время срабаты- вания защиты) или контроллера U201. Измеряют напряжение на дросселях L201, L202. Если напряжение в течение' рабочего цикла стабильно повышается, проверяют транзисторы Q209, Q210 (Q211, Q212) конденсаторы С213, С214 и стабилитроны D203, D204. Экран периодически мигает и яркость подсветки экрана нестабильна Проверяют исправность схемы обратной связи и работу усилителя ошибки 258
toinроллера U201. Измеряют напряжение на ныв. 3, 4, 12, 13 микросхемы I ( in напряжение на этих выводах ниже 0,7 В, а на выв. 16 ниже 2,5 В, ю вменяют контроллер. Проверяют исправность элементов в цени обранюй < вязи: диоды D205, D207 и D206, D208. Подключают нагрузочные резне io ры номиналом 120 кОм к разъемам CON201-CON204, проверяют уровень и втабилыюсть напряжений на выв. 14 (13), 3 (4), 6 (11). Если при подключен пых нагрузочных резисторах инвертор работает стабильно, заменяют лампы подсветки. 259

Глава 9. Аккумуляторные батареи (применительно к ноутбукам и КПК)
9.1. Электричество в консервах Основы Время автономной работы ноутбука (КПК), как и любого другого потрс бителя энергии постоянного тока, определяется очень простой формулой, понятной даже школьнику - это частное от деления емкости батареи в ват! часах на среднюю потребляемую мощность в ваттах. Тем не менее на вопрос: «А сколько будет работать данный конкретный ноутбук в автономном режиме?» — вы, скорее всего, получите весьма про странный ответ, зависящий от фантазии и целей говорящего. Озвучиваемые цифры, как правило, колеблются от 3 до 10 часов. Причем, что самое занят ное, они могут быть и правдивыми - в определенных обстоятельствах (при выключенном звуке, пониженной яркости экрана и текстового редактора и качестве рабочей программы). Опыт же показывает, что для получения истинного значения, соответству ющего нормальной полнофункциональной работе на ноутбуке, выдаваемое вам значение можно смело делить на два. Таким образом, получается где-то от 1 до 5 часов. Типичная емкость штатной батареи двухшпиндельного ноутбука с диагона лью экрана не более 14 дюймов, изготовленного по технологии Centrino и весящего до 2,2 кг, как правило, составляет порядка 43-48 Втч. Субноутбуки с одним шпинделем могут оснащаться батареями с емкостью более 28 Втч Стандартные ноутбуки (двухшпиндельные, с экраном порядка 15 дюймов) комплектуются чаше всего батареями в 50...65 Втч. 262
Глава V ihih i aiaju Рис. 9.7. Аккумуляторные батареи ноутбука Обычно на самих батареях пишут ампер-часовую характеристику, выражен- ную в ампер-часах (или миллиампер-часах) Делается это не из вредности производителей, а потому, что нельзя заранее предсказать, на какой ток бу- дет использоваться батарея (у разных ноутбуков рабочее напряжение может сличаться), а потому нельзя определить и мощность. Ампер-часовая харак- к ристика используется для относительного сравнения батарей. ()пределить, какова мощность батарей в вашем ноутбуке, вы можете прос- । им перемножением ампер-часовой характеристики на напряжение. Рабо- чее напряжение в ноутбуке вы можете узнать из документации к ноутбуку. Кроме того, определить емкость батареи в Втч вы можете с помощью спе- циальной тестирующей программы (например, IBM Battery Maximiser или бесплатной Battery Eater Pro, описанной в конце данной главы). Как и на что расходуется электричество в ноутбуке Что касается «прожорливости» вашего ноутбука и его устройств, то тут мож- но привести следующие цифры: 1. Жидкокристаллический экран - основной «поедатель» энергии в ноутбуке. Еще в недавние времена дисплеям портативных компьюте- ров требовалось до 10 Втч. Однако сейчас производители «подтяну- ли пояса» своим детищам, и теперь дисплею современного ноутбука нужно порядка 3-4 Втч (а некоторым моделям 2 Втч и меньше). 2. Стандартный ноутбучный 2.5-дюймовый винчестер на 5400 оборо- тов в минуту нуждается в 2-2,5 Втч (причем это на пике своей рабо- ты). 263
-------------т-- НИ1 'Н I I* И III I ИФГГИИ 3. Процессор Pentium М на максимуме требует порядка 21 Втч. Core 2 Duo примерно так же. Однако основную часть своего рабочего в ре мени он загружен на 30-40% (а то и меньше) и функционирует на автоматически выбираемой при этом пониженной частоте. Потреб ляемая мощность в данном случае составляет существенно меньше. 4. CD/DVD-привод - при воспроизведении DVD-диска только этим устройством тратится порядка 3-4 Втч. Для внешних устройств эк> значение бывает еще больше. 5. Оперативная память - очень маленькое энергопотребление. Так, увеличение оперативки с 256 до 512 Мб практически вообще нс вы зывает увеличения энергопотребления. 6. Модем и WiFi-адаптер - каждый нуждается в 3-4 Втч. 7. Аудиосистема - поглощает 1,5...2 Вт при нормальной работе. Часто для экономии ее отключают. 8. USB-устройства - по своему определению шина USB является пи тающей для подключамых на нее устройств. Так что будьте осмотри- тельны. Размер энергопотребления зависит от самих подключаемых устройств. р Если к этому всему приплюсовать сетевую карту, чипсет, инфракрасный порт, всевозможные контроллеры и т.п., счетчик набегает неслабый. А если сюда вы еще и CIS-сканер подключите, то, видимо, вам придется работать на одну электроэнергию для ноутбука. Виды АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ Наиболее часто используются современными ноутбуками (и прочими мо- бильными устройствами вообще) на сегодняшний момент Литий - ионные аккумуляторы (Li-Ion). Они наиболее совершенные (но и наиболее доро- гие). Придуманы литий-ионные аккумуляторы были еще в далеком 1912 году, но первые их образцы появились лишь в 70-х годах прошлого века, а безопасно перезаряжать их научилась фирма Sony в 1991 г. Литий - самый легкий из металлов, а потому при его использовании полу- чается наиболее высокая удельная плотность электрического заряда на еди ницу веса (200 Втч/кг). Таким образом, литий-ионные аккумуляторы явля ются абсолютными лидерами по емкости (рис. 9.2). Еще одно существенное преимущество литий-ионной технологии состоит в низкой скорости саморазрядки - всего 2 - 5% в месяц. Рекомендуемы й ток разряда равен емкости аккумулятора, нижняя граница по напряжению 264
контакт) Рис. 9.2. Литий-ионные аккумуляторы 3 В (графит), 2.5 В (кокс). Температурный диапазон для зарядки находится между 0 и +45 °C, разрядки — между -20 и +60 °C. Глубокая разрядка не до- пускается. К недостаткам литий-ионных аккумуляторов можно отнести их высокую стоимость и сравнительно непродолжительный срок эксплуатации (2 года) независимо от интенсивности использования. Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd) все еще широко встречаются. Хотя они и не обладают такими выдающимися характеристиками по емкости (одному Li-Ion аккумулятору соответствует 4 NiCd), как литий-ионные, но эго в них компенсируется низкой стоимостью и длительным сроком службы (5 лет или 500 циклов зарядки/разрядки). Примечание. В некоторых странах за неправильную утилизацию использованных батарей мож- но схлопотать немалый штраф. Так что будьте внимательны. :*6‘
Сравни । единая характеристика аккумуляторных батарей разных видов при ведена в табл. 6.1. При этом в нее включены еще никельметаллгидридные и свинцово-кислотные батареи. Однако они сейчас устарели и не имеют широ кого распространения. Никельметаллгидридные аккумуляторы разрабаты вались как улучшенная альтернатива никель-кадмиевых, но можно сказан», что попытка не удалась. Свинцово-кислотные аккумуляторы (SLA-аккумуляторы от Sealed Lead Acid) являют собой наиболее древнее семейство батарей, изобретенных еще* в 1859 г. Они отличаются низкой плотностью заряда, большим весом и раз- мером, малым количеством циклов зарядки/разрядки (200-500), и поэтому в современных устройствах не используются. Таблица 9.1. Сравнительная характеристика аккумуляторных батарей разного типа Характеристики аккумуляторов Параметры от Литий- ионные Никель- кадмиевые Никель- металлгид- ридные Свинцово- кислотные Длительность службы, циклов зарядки/разрядки 1... 1,5 года 500...1000 500 200...500 Энергетическая емкость, Вт*ч/кг 200 60 90 Н/д Ток разряда, мА*емкость аккумулятора 0,7 0,1...0,5 1,0...2,0 250 Напряжение одного элемен- та, В 3,7 1,0..1,2 1,2 6, 12 Скорость саморазряда 2..5% в месяц 10% за первые сутки, 10% за каждый последующий месяц Н/д 40% в год Диапазон допусти- мых температур, *С зарядки 0...+45 0...+45 0...+45 0...+40 разряд- ки -20... +60 -20...+65 -10...+45 -15...+50 Диапазон допустимых напря- жений, В 2,5 ..4,3 (коксовые), 3,0...4,3 (графито- вые) 1,0...1,4 1,0...1,4 5,25...6,85 (для бата- рей 6 В), 10,5.-33,7 (для батарей 12В) 266
9.2. Контроль за состоянием аккумуляторных батарей Контроль заряда При автономной работе ноутбука (если он отключен от электросети) па 11а н< hi задач (в правом нижнем углу экрана) появляется значок в виде пеболь ПК'Й батарейки. Это индикатор заряда батареи. Во-первых, по нему самому (по его внешнему виду) можно судить об оставшемся заряде батареи. Во вторых, можно на него навести курсор, подождать пару секунд, и в виде Всплывающей подсказки появится точная информация о заряде батареи (рис. 9.3). 11у и в-третьих, самую полную информацию о состоянии батареи можно по- лучить, выполнив двойной щелчок по этому значку. В результате на экране появится специализированное диалоговое окно с этой самой информацией (рис. 9.4). В этом же окне с помощью расположенного вверху него флажка можно указать, надо ли отображать индикатор состояния батареи на Панели палач. Q Всегда отображать значок на панели задач О Показывать сведения о всех батареях. Состояние батарей вТ екущий источник питания: Б атареи Остаток заряда батарей 99Х 33% Рис. 9.4. Диалоговое окно с информацией о состоянии батареи 267
Контроль емкости Емкость аккумуляторной батареи зависит от состояния внутренней химп ческой среды батареи и снижается с каждым циклом зарядки/порезарядки У литий-ионных аккумуляторов (Li-Ion) примерно через год емкость сип жается до 70% от первоначальной, причем вне зависимости от числа циклон заряда/разряда. Yкая Percereagt (Н) - ГШ ёЪдгдг Свркву/100 Рис. 9.5. График снижения емкости аккумуляторных батарей с течением времени Поэтому рекомендуется периодически проверять емкость своих батарей - просто чтобы быть в курсе, что с ними творится (рис. 9.6). Делать это поз- воляет большинство программ для тестирования аккумуляторных батарей: начиная от IBM Battery MaxiMiser до Battery Eater Pro (в которой даже пре- дусмотрен русский интерфейс и которая является абсолютно бесплатной). у Eater Его Syst ’ Jnfj Battery Eater Fro иешлвмм Т. ОЗУ '* и- б - реи & С* SONY '* ИЙН - Унмьг а -МЫЙ Нойер FAS « . Эл*-- .ичш - хар-«-* * .<ЯМ!>йП> «А.) <»• « . Чл- -Ьч У». ДРЙ лни * '/ъ - • А‘ Рис. 9.6. Программа Battery Eater Pro: данные о емкости 268
9.3. Практические советы по управлению электропитанием 11 что можно предложить в качестве практических советов? Во-первых, ко in чпо же, отключать нсзадействованные устройства. Например, работ ас к* вы в текстовом редакторе. Ну и вырубите вы аудиосистему. Ни к чему опа вам пока. Или, если у вас есть модуль WiFi, а вы не работаете в беспроводной | < Н1, ну так и отключите подачу напряжения на адаптер - благо па соври м< иных ноутбуках есть даже специальная кнопка для этого. |<о вторых, рекомендуется энергоемкие процессы на ноутбуке производи и. в подключенном к электросети состоянии. Прежде всего это касается записи ('I), а также выполнения всевозможных сложных расчетов (типа рендеринга в .И)Мах и т.п.). I ели к этому приплюсовать грамотную настройку программного энергосбе- режения, рассматриваемого нами далее в этой главе, то вы сможете получить максимальный срок автономной работы вашего «питомца». .4)9
Глава 10. Сетевые фильтры
10.1. Вредное воздействие помех Напряжение питания, действующее в электрической сети, в идеальном слу- чае должно иметь в течение длительного периода времени синусоидальную форму, амплитуду 220 В и частоту 50 Гц. В действительности сетевое напря- жение далеко от этих условий. В сети могут иметь место следующие откло- нения от нормы [27]. Импульсная перегрузка, а также бросок напряжения, импульсная сетевая наводка, импульсная перегрузка, английский эквивалент surge. Быстрое и кратковременное повышение напряжения (перенапряжение) до 110%. Дли- тельность surge может составлять от нескольких миллиардных до несколь- ких тысячных долей секунды (миллисекунды). Возможная причина — вы- ключение оборудования, потребляющего большую мощность. Последствия — потеря информации в памяти, ошибки в данных, отключение оборудова- ния. • Высоковольтные всплески (англ. экв. spike) — резкое повышение напряжения вплоть до 6000 В длительностью от 10 мс до полупери- ода. Источники — удары молний, статические и дуговые разряды, переходные процессы при включении/выключении мощного обо- рудования. Воздействие на ПК и периферии проявляется в потере данных и содержимого памяти, сгорании цепей. • Провал напряжения (sag) — мгновенное 15... 100%-ное снижение напряжения источника питания переменного тока. Может длиться 272
oi нескольких единиц до нескольких coi миллисекунд. Вылывагн я включением мощного электрооборудования, в том числе нусковы ми токами электромоторов. Приводят к тем же последствиям, что и подъемы напряжения. • Электромагнитные помехи или шумы (EMI — electromagnet к interference or noise) — нежелательные электрические шумы, при сутствующие в электросети. Эти шумы могут «просачиваться» п воздействовать на оборудование, которое даже не подключено к эк> i i сети. Возникают в результате гальванических или индуктивных на водок, источником которых служит различное электрооборудование (электромоторы, реле, мощные широковещательные радиостанции, источники микроволнового излучения и грозы). Обычно приводи I к ошибкам или потере данных, блокировке клавиатуры и (или) снеге мы. Шумовые сигналы, действующие на значительных расстояниях, называются RFI (Radio Frequency Interference — радионаводки). Си ловые кабели оборудования и зданий часто действуют как антенны, принимая радионаводки (RFI) и преобразуя их в EMI. • Изменение частоты (frequency variation) — отклонение частоты от номинального значения более чем на 3 Гц, связано с нестабильное тыо частоты генератора. Типовые последствия: блокировка клавиа- туры, ошибки при выполнении программ, нарушение целостности данных и неисправности дисковой системы. • Пониженное напряжение (brownout) — состояние сети перемен ного тока, когда напряжение ниже нормы (провалы напряжения) Продолжительность такого состояния менее секунды относят к провалам (sag). Вызывается включением мощного оборудования или перегрузкой сети, а иногда создаются производителями элект- роэнергии для снижения расхода энергии в часы пик. В результате многочисленных проводимых исследований выяснено, что именно это состояние электрической сети создает большинство проблем (около 87%), воздействующих на компьютеры. • Полное отключение (blackout) — нулевое значение напряжения в течение более двух периодов. Может быть вызвано разрывами цени, неисправностями распределительного щита или аварией на элек! ростанции. Приводит к повреждению файлов, потере и искажению данных, выходу аппаратуры из строя. Виды помех, причины, что их вызывают и последствия для ПК и периферии, приведенные выше, сведены в табл. 3.1. 273
Таблица 10.1. Виды помех, причины их появления, воздействие на аппаратуру Виды помех Причины Последствия Кратковременное снижение напряжения Пусковой ток электрооборудования (электродвигателей, холодильников, лифтов, дрелей и т.п.) Уменьшение сроков службы электродвигателей, зависание компьютеров Отключение (полное отсутствие напряжения в сети) Чрезмерное потребление в сети, авария или обледенение линии Неработоспособность всего электрооборудования, потеря текущих данных в компьютере Импульсное перенапряжение Обычно возникает в результате близкого удара молнии или при восстановлении напряжения после аварии на линии Катастрофическое повреждение оборудования, перегорают лампочки, предохранители и т.п. Потеря данных в компьютере Всплеск Включение/выключение мощных электродвигателей, нагревателей, кондиционеров Преждевременное разрушение электрического и электронного оборудования Шумы Одновременное действие многих факторов, электромагнитные наводки от линий передач, мощных радиопередатчиков и т.п. Сбои и неустойчивая работа компьютеров | Таким образом, риск, которому может быть подвержено электрооборудова ние, подключенное к сети переменного тока, вследствие воздействия помех различного происхождения достаточно велик. Действие помех может ока заться значительным, несмотря на наличие элементов защиты в самом блоке питания (если, конечно, он достаточно высокого качества). Однако, некото- рые производители источников питания пренебрегают установкой этих эле- ментов, по крайней мере, в источниках питания системных модулей. 10.2. Базовые технологии устройств защиты На сегодняшний день можно различить несколько базовых технологий и, соответственно, реализующих их типов устройств, которые способны защи- тить систему в критических режимах работы. Простейшими из них являют- ся устройства для подавления выбросов напряжения: • фильтры-ограничители (surge suppressor/protector); • сетевые фильтры (line conditioner). Первые обычно реализуются схемой, содержащей металл-оксидные варис- торы, конденсаторы и индуктивности, вторые строятся на базе трансформа- тора, сглаживающего флуктуации входного напряжения. Остальные техно- логии реализуются с помощью источников бесперебойного питания. 10.3. Устройство сетевого фильтра На устройства подавления выбросов напряжения и сетевые фильтры возло- жена функция защиты подключенного оборудования, и имеются элементы 274
Подавления помех, распространяющихся но сечи. Зги функции реализмом и инк)! ыми элементами. К ним относятся: • размыкатель (для отключения сети в случае короч кого замыкания); • ограничитель напряжения; • собственно фильтр. Ограничение напряжений осуществляется разрядниками и варисторами Гл урядники могут быть газовыми и обеспечивают защиту оборудования оч шачительных перенапряжений, вызываемых, например, грозовыми разря шми, варистором ограничивается напряжение в небольших пределах. За щи га от длительных перенапряжений обеспечивается автоматическими вы к почателями. Незначительные отклонения сетевого напряжения устраняют фильтры, ко I • >рые могут быть: • емкостными; • индуктивными; • индуктивно-емкостными. 10.4. Модели сетевых фильтров и их характеристики Некоторые модели фильтров содержат защиту модема от помех, распро страняющихся по телефонной линии. Основные характеристики фильтров SVEN [28] приведены в табл. 10.2. Устройства подавления выбросов напряжения распространяются и другими компаниями. Фирмой АРС в качестве эффективного и надежного средства защиты элек тронных приборов и компьютеров от импульсного перенапряжения, всплсс ков и шумов предлагается сетевой фильтр типа Surge Arrest Е-20. Высокая надежность фильтра достигается дублированием защитных функций раз- личными элементами. Здесь, кроме варисторов, используются газовый раз- рядник и автоматический выключатель при длительном перенапряжении 275
и ПНИ» и ПИ1АНИЯ I ГК И П1 **ИИ Таблица 10.2 Характеристики сетевых фи 1ьтров компании SVEN Параметр Special Optima Gold Platinum Platinum pro Номинальное напряже- ние, В 220 220 220 220 220 Частота, Гц 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60 Ток срабатывания теп- ловой защиты, А 10 10 10 10 10 Ослабление импуль- сных помех, раз нет 10 10 10 10 Ток помехи, выдержива- емой ограничителем, А нет 4500 4500 4500 7500 Максимальная поглоща- емая энергия, Дж нет 150 150 3x150 3x200 Уровень ограничения напряжения при токе помех 100 А, В нет 650 650 650 600 МаксимальноеЬслабле- ние помех на частотах 1...100 МГц, дБ нет 20 40 40 60 Защита модемной линии „ нет нет есть нет Есть Входная вилка IEC EURO EURO EURO euro Выходная вилка EURO EURO EURO EURO EURO Габаритные размеры, мм 275x40x50 275x40x50 355x55x55 340x90x55 255x105x40 Вес, кг 0.5 0,5 0.6 0,9 1.0 Длина шнура, м 0.5/1.8 1,8/3,1/5,1 3,1 1,8/5,1 1.8/5.1 Рис. 10.1. Фильтр SVEN Special 276
I ЛАМА I U < .-rKKWfr ’ИИ11ЫП4 Рис. 10.5. Фильтр SVEN Platinum pro Рис. 10.4. Фильтр SVEN Platinum Отдельного внимания заслуживают фильтры компании MOST. Во-первых, эти устройства спроектированы специально для работы в условиях россий ского электроснабжения. И здесь есть над чем задуматься. Мы знаем, что фильтр ставится с целью предотвращения проникновения в электричес- кую сеть импульсных ВЧ помех, создаваемых источником питания. Одна ко фильтр будет выполнять возложенные на него обязанности только при правильном подключении к сети. Дело в том, что практически все фильтры зарубежных разработок в своей схеме имеют в качестве защиты от элекг ромагнитных помех X- и Y-конденсаторы, включенные между линиями: «фаза»-«ноль», «фаза»-«земля» и «ноль»-«земля». 277
I. и< Ь^НИКИ ПИ’АНИм ПК И TV ГИФ 'ИИ Контакт «земля» выведен в каждой розетке стандарта «евро» и имеет откры гый достоп. Между тем, если фильтр подключается к розетке, не имеющей защитного заземления (или зануления), то на этом контакте присутствуй потенциал, равный половине напряжения сети. По той же схеме, что и коп денсаторы, в схеме фильтра включаются и варисторы. Можно сделать вывод, что такое количество защитных элементов в фильтрах, использующихся в условиях российских электрических сетей, практически себя не оправдыва ет, если не сказать, что в некоторых случаях вызывает опасение. Разработчики фильтров MOST учли эти особенности. Схема защиты в этих фильтрах построена только между фазной и нулевой линиями. При этом эф фективность защиты повысили за счет увеличения мощности установлен ных варисторов. Таблица 10.3. Характеристики сетевых фильтров компании MOST Параметр Серия Real Hard Elite Tandem R RG Н6 HV6 Е ERG ЕН EHV THV TRG Максимальная нагрузка, кВт 1,3 2,2 2,2 2,2 1.3 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 Автоматическая защита при повы- шении напряже- ния в сети нет нет нет да нет нет нет да да нет Ток помехи, выдерживаемой ограничителем, А 6,5 6,5 9 6,5 6,5 6,5 9 9 9 6,5 Максимальная поглощаемая энергия, Дж 300 300 440 220 300 300 440 440 440 300 Уровень ограни- чения напряже- ния, В 430 430 430 430 430 430 430 430 430 430 Максимальное ослабление помех, дБ 20 20 60 30 20 20 60 60 60 20 Защита модем- ной линии нет нет нет нет да да да да нет нет 278
I НАНА 1 и I НМ I I H Рис. 10.9. Фильтр MOST Real RG Рис. 10.8. Фильтр MOST Hard HV6 10.5. Элементы сетевых фильтров Варисторы I Простейшими подавителями (ограничителями) выбросов для защиты вход- ных цепей блока питания от перенапряжения являются металл-оксидные варисторы, включенные параллельно проводникам электрической сети. В момент воздействия помехи сопротивление этих элементов резко уменьша- ется. При этом линия питания оказывается зашунтированной низкоомным сопротивлением варистора. Таким образом, осуществляется ограничение напряжения линии на определенном уровне. 279
C IM lMiHHI 1 ИС.1ОЧНИ» И ПИТАНИЯ ПК И ПНИФН*ии В некоторых случаях напряжение на линии может многократно превышаи. номинальное напряжение. Например, в момент грозовых разрядов напряжг нис на линии может достигать величины в 6000 В. В тоже время при исполь зовании подавителей на входе блока питания напряжение не будет превы шать 220 В. Варисторы не могут рассеивать большую мощность, при нескольких сериях выбросов помех они перегорают. В связи с этим варисторы имеют ограни ченный срок службы. При эксплуатации устройств подавления выбросов напряжения достаточно сложно проверить их работоспособность. Наличие индикатора исправности, применяемого в сетевых фильтрах, может обле! чить эту задачу. Кроме варисторов, дополнительно в цепь одного или обоих сетевых проводников включаются резисторы малой величины или дроссе ли. Классификация и характеристики варисторов Варисторы классифицируются по напряжению при некотором значении тока. Широкое распространение в электротехнике имеют дисковые варис торы фирмы EPCOS (www.epcos.com). Типовое обозначение, указываемое на корпусе варистора, SXXKXX(X). В этом обозначении первые Дйс цифры обозначают диаметр прибора в миллиметрах, см. табл. 10.4, две (или три) цифры, следующие за буквой К, обозначают среднеквадратическое напря жение, при котором варистор находится на грани открытия и токе, сущест- венно меньшем 1 мА. В табл. 10.5 приведены характеристики рассеиваемой мощности дисковых варисторов EPCOS Таблица 10.4. Геометрические размеры варисторов EPCOS Размер, мм Маркировка EPCOS —г — 7 S07K... 10 S10K... 14 S14K... 20 S20K.. 280
ГЛКЖЖ~Ги 1 ТЬблкца 10.5. Характеристики мристоров EPCOS Напряжение Допустимая рассеваемая мощности, Дж О и„. в и., в и,„*.в Диаметр, мм 05 07 10 14 ° - 320 390 8.2 19 38 65 140 350 430 8.6 21 43 71 1 11 J ir эоо 385 470 96 23 47 76 УЗ ..™ 420 510 50 84 184 505 620 13 28 40 80 150 420 560 680 14 32 45 90 175 440 585 715 16 34 47 95 185 460 615 750 18 36 50 100 196 510 670 820 55 110 190 I 530 745 910 60 120 210 625 825 1000 68 130 230 680 895 1100 72 140 250 1100 1465 1800 230 420 Ua среднеквадратическое напряжение; U _ постоянное напряжение; U 1мА напряжение при токе через варистор в 1 мА. Отечественные аналоги варисторов В случае необходимости замены отечественным аналогом серии СН2-1 в [29] рекомендуется поступать так: • для сети 220 В СН2-1а-430В на S20K275; • для сети 380 В СН2-1а-680В на S20K420; • для телекоммуникационных сетей СН2-16-150В на S10K95. Защита от высоковольтных всплесков Как уже отмечалось, в сети возможны также и высоковольтные всплески, защиту от которых могут обеспечить только высоковольтные разрядники, включаемые на входе подавителей (фильтров) параллельно линии. Разряд ники по месту включения предшествуют всем другим видам защиты и я в ляются элементами первичной защиты. Естес гвенным требованием, неиос редственно возникающим при этом, есть согласование уровней защиты, 1 .с. для каждого уровня помехи включается своя защита (рис. 10.1). В табл. 10.6 приведены характеристики двухэлектродных разрядников фирмы EPCOS. 281
ьипн мг ИНЫЕ И1 КННИй ПИ1АНИ>1 I Р И !!• ’ n<bi -ИИ Рис. 10.1. Схема подавителя высокочастотных импульсов и эпюры, поясняющие действие элементов подавления Таблица 10.6. Характеристики разрядников фирмы EPCOS Параметр Серия А71 Серия ЕС Серия N80 А71- НО8Х А71- Н10Х А71- Н14Х А71- 16Х ЕС 350Х ЕС 600Х N80- А350Х N80- А600Х Напряжение пробоя постоянное, В 800 ±15% 1000 ±15% 1400 ±15% 1600 ±15% 350 ±15% 600 ±15% 350 ±20% 600 ±20% Напряжение пробоя импульсное 100 В/мкс типичное/99 %, не более В 1000 /1100 1200 /1300 2000 /2100 2200 /2300 700 /800 1000 /1200 650/700 950 /1100 Напряжение пробоя импульсное 1 кВ/мкс типичное/99 %, не более, В 1100 /1200 1300 /1400 2100 /2200 2300 /2400 800 /900 1100 /1300 800/900 1100 /1400 Импульсный разрядный ток 8/20 мкс, кА 10 2.5 5 10 Единичный разрядный ток 8/20 мкс, кА 10 2,5 10 12 Разрядный ток 50 Гц 1с, А 10 2,5 5 10 Разрядный ток 50 Гц 9 цикл, А 65 2,5 20 65 Сопротивление изоляции, ГОм 10 Емкость, не более "Ф 1 Диапазон рабочих температур, °C -40...+90 Подавление высокочастотных помех Для подавления высокочастотных помех с дискретным спектром, имеющих место в источниках питания импульсного типа, в преобразователях частоты, источниках бесперебойного питания, характерно применение специальных конденсаторов, так называемых X- и Y-конденсаторов. 282
II личие емкостного характера входного и выходного полных coiiponiii/i< ним является обязательным условием для фильтров. При выполнении экяо у<ювия вход и выход фильтра начинаются с конденсатора. Такой подход о< । и ।лжч влияние подводящих линий или нагрузки на уровень дейс i вующих помех. Конденсаторы, обозначаемые на схеме Сх (рис. 10.2), эффективны д I I подавления синфазных помех, подключаются между сетевыми провода Мн, рассчитываются на рабочее напряжение порядка 1,2 кВ. Конденсаторы CY, подключаемые между сетевыми проводами, средняя юч на которых соединяется с корпусом устройства, эффективны для пода вл е пня дифференциальной помехи. Они обладают ограниченной емкостью и повышенной электрической и механической надежностью. Ограничение гм кости обеспечивает малое значение тока, проходящего через конденсаю| • при переменном напряжении, и уменьшает заряд на конденсаторе до уровня. Ко торый не опасен при постоянном напряжении. Рис. 10.2. Принципиальная схема ВЧ-фильтра Подавление электромагнитных помех Эффективным средством подавления электромагнитных помех (RFI/EMI) также являются индуктивные фильтры. Для улучшения массогабаритных характеристик высокочастотные дроссели фильтров выполняют на сердеч- никах из термостабильных высокочастотных марок ферритовых материа лов. К ним можно отнести никель-цинковые ферриты марок 20ВН, ЗОВН, 50В11, характеризуемые высокой добротностью на частотах до 150 МГц, малыми значениями постоянной гистерезиса и относительного коэффициента ма! нитной проницаемости при длительном воздействии повышенных темпера тур и при длительном хранении при относительной влажности до 85% [30|. Применение же более низкочастотных материалов снижает эффективность фильтра из-за уменьшения магнитной проницаемости, а также ухудшения добротности подавляющего контура. В табл. 10.7 приводятся основные па 28 •.
* ИММ1.ММ1.ПИ | лини* И ПИ I АНИН 1КИПЧи<1 - I ♦ и и раметры магнитомягких ферритов (ОС Г И 707.015-77), а в табл. 10.8 — со отвстствукицис аналоги, выпускаемые зарубежными фирмами. В табл. 3.7 используются нижеследующие параметры: • Начальная магнитная проницаемость — значение магнитной проницаг мости на начальной или основной кривой намагничивания по индукции при стремлении напряженности магнитного поля к нулю, деленное на магнитную постоянную (ГОСТ 19693-74). • Критическая частота — это частота, при которой резко увеличивается I g d. Чем выше начальная магнитная проницаемость вещества, тем меньше граничная частота. • Тангенс угла магнитных потерь (tg d) — отношение мнимой части к действующей части комплексной магнитной проницаемости. При повы шении частоты f и напряженности магнитного поля Нт, начиная с неко торых значений, коэффициенты потерь возрастают. • Петля магнитного гистерезиса по индукции — есть замкнутая кривая, выражающая зависимость материала от амплитуды напряженности ма1 нитного поля при периодическом достаточно медленном изменении на- пряженности поля (ГОСТ 19693-74). ч • Остаточная индукция Вг — индукция, которая остается в материале пос- ле снятия внешнего магнитного поля. • Коэрцитивная сила по индукции Нс — величина, равная напряженности магнитного поля, необходимого для изменения индукции от Вг до нуля. • Удельное электрическое сопротивление — величина, скалярная для изотропного вещества и векторная для анизотропного, равная отноше- нию модуля напряженности электрического поля к модулю плотности тока, размерность ОмхСм. Таблица 10.7. Основные параметры магнитомягких ферритов Марка • Начальная магнитная проница- емость при 20°С Критическая частота, МГц, при tg 8 Параметры петли гистерезиса Удельное электри- ческое сопротив- ление, Ом х См Макси- мальная рабочая темпера- тура, °C Новая Старая 0,1 0,02 Ртах нт, А/м при Ртах в, Тл, при Н = 800 А/м Вг, Тл Нс, А/м 20ВН 20ВЧ2 16...24 120 65 45 2000 0,2 0,1 1000 108 125 ЗОВН 30ВЧ2 25...35 200 110 90 1600 0,26 0.07 520 107 125 50ВН 50ВЧ2 45...65 70 40 170 800 0,3 0,2 360 106 125 284
йб ища 10.8. Материалы ш феррита отечественного произвшк тва и и\ iipu jMHbi* аналоги Марка феррита отечественного производства Марки ферритовых материалом зарубежных фирм 20ВН, ЗОВН К7А, К8, K12.Q3, V17. 68 50ВН Н7В, К1, М11 285
Глава 11. Источники бесперебойного питания
11.1. Общие сведения. Архитектуры Источники бесперебойного питания, в соответствии с действующим стан- дартом IEC 60146-4, классифицируют по принципу действия на три основ пые группы: • Off-Line/Stand-By/back-up UPS; • Line- Interactive; • On-Line [27]. » 11.1.1. Источники БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ ТИПА OFF-LlNE Принцип работы. Общее описание архитектуры Источники бесперебойного питания типа Off-Line (с отключением сели) стандартом определяются как пассивные, резервного действия (UPS-PSO). В нормальном режиме функционирования штатным питанием нагрузки яв- ляется отфильтрованное напряжение первичной сети при допустимых oi клонениях входного напряжения и частоты. Если параметры входного напряжения выходят за значения конструкторс- ких допусков, включается инвертор ИБП, обеспечивающий непрерывность питания нагрузки. Инвертор питается от аккумуляторной батареи. Данный принцип реализован в источниках питания: 287
• производства АРС серии Back; • Best Power серии Patriot; • MGE серии Ellipse. Это самые простые приборы (рис. 11.1), а следовательно, и самые дешевые Источник бесперебойного питания (ИБП) состоит из двух параллельных ветвей: • фильтр-нагрузка; • выпрямитель-батарея-инвертор-нагрузка. При нормальной сети напряжение в нагрузку подается через фильтр, отсека ющий всевозможные помехи. Это, как правило, фильтр-ограничитель (surge suppressor), хотя может быть и фильтр-стабилизатор (line conditioner) или их комбинация, а также статический переключатель. Одновременно через выпрямитель подзаряжается и аккумуляторная ба тарея. При пропадании, завышении или понижении входного напряжения питание нагрузки электронным переключателем переводится на батарейное (инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное). Переключатель обеспечивает время переключения от 4 до 15 мс. Заметим, что пропадание электроэнергии в течение этого времени не оказывает сколь- нибудь заметного воздействия на компьютерные системы, которые спокой- но переносят отключение питания на 10...20 мс. Учитывая, что почти у всей современной аппаратуры блоки питания им- пульсные, переключение происходит незаметно для пользователя. Источ ники бесперебойного питания такого типа способны способны поддержать работу персонального компьютера в течение 5... 10 мин. Рис. 11.1. Архитектура источника бесперебойного питания резервного типа (STANDBY) 288
Основные недостатки Огновнь!ми недостатками архитектуры считают: • неудовлетворительная работа источников питания данною гипа и сетях с низким качеством электрической сети: плохая защита от про валов напряжения (sags), превышений допустимого значения напри жспия, изменений частоты и формы входного напряжения; • невозможность своевременного восстановления емкости аккумуля торной батареи при частых переходах на батарейное питание; • несинусоидальное выходное напряжение при работе от батареи. I аким образом, основное рекомендуемое их использование — устройсгво за щиты нагрузки с импульсным блоком питания с редкими отклонениями в ни гающей сети. 1 1.1 .2. ИБП ЛИНЕЙНО-ИНТЕРАКТИВНОГО ТИПА В источниках бесперебойного питания линейно-интерактивного типа (Line- Interactive, иногда Ferroresonant) сочетаются преимущества архитектуры (Jn-line с надежностью и эффективностью резервных (standby). В ИБП этого типа в отличие от технологии Off-line в прямой цепи содержит- ся ступенчатый автоматический регулятор напряжения (booster), построен- ный на основе автотрансформатора (трансформатор с переключающимися обмотками). В некоторых моделях используется сетевой стабилизатор на- пряжения. Инвертор (INVERTER) соединен с нагрузкой. При работе он питает на- грузку параллельно стабилизированному (conditioned) переменному напря- жению сети. Нагрузка подключается полностью только в том случае, когда входное напряжение электросети исчезает. Из-за такого взаимодействия («interaction») со входным сетевым напряже- нием эта архитектура и берет свое название. В некотором диапазоне измене- ния сетевого напряжения выходное поддерживается в заданных пределах за счет переключения обмоток трансформатора или стабилизатора. Инвертор обычно работает при низком напряжении, регулирует выходное* напряжение и подзаряд аккум уляторов до тех пор, пока не потребуется его включение для полного питания нагрузки при перебоях в электросети. Ли- нейно-интерактивные ИБП нашли наиболее широкое применение в сне ге мах защиты компьютерных сетей. 10 Зак. 1021 289
Трансформатор, выполненный по специальной так называемо!! Гегго-техпо ло! ин, сглаживает скачки напряжения, при этом ИЫ1 реже переходит па ра боту от батарей и таким образом повышается срок службы батарей. Как пра вило, эти ИБП оборудованы совершенными фильтрами, обеспечивающими защиту от помех различного происхождения. Типовое время переключения в режим питания от батарей или обратно составляет 2 мс. Конструктивно трансформатор на рис. 11.2 имеет несколько дополнится ь ных отводов во вторичной обмотке (это может быть автотрансформатор < единственной обмоткой), переключением отводов трансформатора в случае* изменения входного напряжения управляет контроллер (микропроцессор), поддерживая напряжение на выходе в заданном диапазоне. Таким образом, Line-Interactive ИБП работает по принципу управляемого ЛАТРа и дейс твительно реже переходит на батарейное питание при скачках входного па пряжения. В этой схеме зарядное устройство конструктивно совмещено с преобразователем. Одним из преимуществ данной архитектуры является широкий диапазон допустимых входных напряжений. Используемый принцип действия реа лизован в аппаратах серий: NetUPS (Power Ware), Pro (Best Power), Match (IMV), Smart (APC). В некоторых линейно-интерактивных моделях имеется шунтовая цепь между входом первичной электросети и нагрузкой, такие ИБП называются шунтовыми линейно-интерактивными ИБП (UPS-LIB, Reversible Bypass). Рис. 11.2. Архитектура источника бесперебойного питания типа Line-Interactive 290
h niyinoHOM режиме лапины нагрузки не происходи!. При раоок* с нсючни Ними на основе ferro технологий следует иметь в виду: • высокое выходное сопротивление источников может угрожать бело паевой работе устройств, препятствуя срабатыванию сетевых пре дохранителей; • возможна нестабильная работа (паразитные колебания) при исполь зовапии источников для питания устройств с корректорами коэф фициента мощности 11.1.3. Технология On-Line Технология On-Line позволяет реализовать самый надежный тип ИБИ. С выпрямителя (рис. 11.3) напряжение сети поступает на преобразователь постоянного напряжения высокого уровня в низкое ПН1, а затем — на пре образователь постоянного напряжения в переменное выходное напряжение (ПН2). Преобразователь ПН2 — инвертор, питание на который подается как от ак- кумуляторов, так и от сети через выпрямитель-преобразователь напряжения Г1Н1, включенных параллельно: • при нормальном входном переменном напряжении инвертор III 12 питается от выпрямителя; • при отклонениях в питающей электросети от нормы входное напря- жение для ПН2 снимается с аккумуляторов. Рис. 11.3. Архитектура источника бесперебойного питания типа On-line 291
В большинстве систем ИБП мощностью до 5 кВА вместо постоянно подклю ченного аккумулятора подключен резервный преобразователь постоянною тока (DC-DC converter), включающийся при сбоях сети и дублнрующии шину постоянного тока от низковольтного аккумулятора. Вывод: даже при незначительных отклонениях параметров входного на пряжения от нормы эти устройства обеспечивают на выходе номинальное напряжение в пределах ±1...3%. Наличие обходной цепи (bypass) позволжч подключать нагрузку прямо к силовой сети. Качество питания и надежное 11. поставки электроэнергии, предоставляемое устройствами с архитектуре)! этого типа, значительно выше, чем у предыдущих Недостатки ИБП архитектуры On-line: невысокий, по сравнению с ранее рассмотренными архитектурами, КПД (85...90%) из-за двойного преобрази вания (по отношению к STANDBY и Line-Interactive) и высокая цена. Тем не менее, уровень защиты нагрузки и стабильность выходных парамег ров ИБП — разумный компромисс между безопасностью, КПД и ценой ус i ройства. Потери в ИБП мощностью в 4000 ВА не превосходят 380 Вт и могу i быть несоизмеримыми с той задачей, которую решает подобный источник. 11.1.4. Новые модификации ИБП В настоящее время существует несколько новых модификаций источников бесперебойного питания: • by-pass; • triple-conversion; • ferrups. Первая модификация (by-pass) как и на рис. 4.3 представляет собой допол- нительный канал передачи электроэнергии в нагрузку, его наличие позволя ет обеспечить высокую надежность устройства. Переключение в режим On line происходит автоматически при отклонении параметров выходной сети от нормы или же в аварийных условиях работы. Таким образом, этот режим способствует повышению надежности устройства. Вторая модификация (triple-conversion) содержит корректор коэффици ента мощности. В третьей модификации (ferrups) использован феррорезонансный транс- форматор, обеспечивающий высокие показатели надежности и широкий диапазон входных напряжений. 292
Примером архитектуры On Line могут служить аппараты пропаноле in i lower Ware серии Prestige, Best Power серии Best PowerGlO, IMV серии Nel Lio, Lan Pro, Site Pro и др. 11 i ые подходы в построении ИБП основываются на использовании cik icm । |м’лервирусмым питанием, которые обладают более высокой надежное и ю выходной сети, так что неисправность одного из ком нонентов не приводи i к выходу из строя всей системы. Как правило, это модульные системы, скопе фуированные либо по принципу повышения мощности нагрузки, либо < цс 1ыо повышения надежности системы, либо используя оба принципа сов Местно. П|и)сгейшая система имеет в структуре ИБП вспомогательный модуль, • изолированный в горячем дежурном режиме» (Isolated Hot Standby), ('у щесгвует несколько вариантов технических решений таких ИБП: • Первый вариант заключается в использовании автоматической i переключателя АП (рис. 11.4). Входы одного или более источники! питания подключены к единой сети, а с нагрузкой соединяются че рез автоматический переключатель. Информация о состоянии рабо ты установок, управляющие команды поступают по каналу связи соединяющему ИБП. Сеть Рис. 4.4. Параллельная конфигурация с использованием автоматического переключателя • Второй вариант включает «распределитель нагрузки» (Parallclii Cabinet) (рис. 11.5), равномерно распределяющий нагрузку меж; отдельными источниками системы. 2
Сеть Рис. 11.5. Параллельная конфигурация с использованием распределителя нагрузки • Третий вариант исполнения параллельной структуры (рис. 11.6) использует принцип двухуровневой системы («master-slave»). В этой схеме один из модулей «master» управляет распределением на- грузки между другими «slave» модулями. Рис. 4.6. Параллельная конфигурация на основе двухуровневой системы «Master-slave» • Четвертый вариант. Наиболее перспективным выглядит вариант с резервируемой параллельной архитектурой (Redundant Parallel Architecture RPA). В этой структуре (рис. 11.7) резервируются не только модули, но и связи между ними, причем в случае необходи- мости любой модуль способен выполнять функции ведущего. Только для такой архитектуры свойственно наращивание мощности, отсутс- твие шунтовых цепей, при этом гарантируется постоянная защита нагрузки с помощью ИБП. Достоинством системы является также возможность наращивания мощности системы под выполняемые за- дачи. 294
I ЛАНД I I . kli IC ЯИИ»И Г»ГГНЫ'Ы I I’Hmuiri Рис. 4.7. Структура резервируемой параллельной архитектуры 11.2. Основные технические характеристики ИБП Форма питающего напряжения Немаловажное значение для нагрузки имеет именно эта характеристика источника бесперебойного питания. В режиме работы ИБП от аккумуля торных батарей на нагрузку может подаваться выходное переменное напри жение близкое к прямоугольной форме («меандр»), из-за сглаживающих свойств фильтров, аппроксимированная синусоида и чистая синусоида. Наиболее близкая к синусоиде форма выходного напряжения достигается применением широтно-импульсной модуляции. Получение синусоиды в ка честве питающего напряжения характерно только для архитектуры On-line и некоторых устройств Line-Interactive. Мощность Полная или выходная мощность (output power). Обозначается буквой S. единица измерения — VA или Вольт-Амперы. Представляет собой гсом<ч рическую сумму активной и реактивной мощностей. Параметр вычисляется как произведение действующих (среднеквадратических) значений тока и напряжения, его значение указывается производителем ИБП. Активная потребляемая нагрузкой мощность. Обозначается буквой Р и из меряется в ваттах. При отсутствии реактивной составляющей в сети совпа дает с полной мощностью. Вычисляется как произведение полной мощности на косинус угла], где] — угол сдвига фаз векторов линейных напряжения и тока, т.е. Р = S х cos ср. Типовое значение cos j для персональных компыо теров соответствует значению 0,6...0,7. Эта величина называется коэффпци ентом мощности. Очевидно, что для выбора требуемой мощности для ИБП необходимо мощность нагрузки в ваттах разделить на величину cos ср. 295
Реактивная — обозначается буквой Q н вычисляется как произведение иол ной мощности S на синус угла (р (Q= S х sin (р), единица измерения вольт ам пер реактивный (вар). Характеризует потери в питающих проводах за сч<ч нагружающего их реактивного тока. При cos <р = 1 потери отсутствуют, вен мощность вырабатываемая источником питания поступает в нагрузку. До стигают этого за счет применения пассивных компенсирующих ycipoiicni или же активной коррекцией коэффициента мощности. Диапазон входных питающих напряжений Диапазон входных питающих напряжений (input voltage) — определяет пре делы допустимых значений напряжения в сети, при которых источник пи i а ния еще способен поддерживать напряжение на выходе, не переключаясь на питание от батареи. Для некоторых моделей этот диапазон зависит от нагрузки. Например, при 100% нагрузке диапазон входных напряжений может составлять 15...20% oi номинального, при 50% нагрузке — этот диапазон составляет 2О...27% от но минального, а при 30% нагрузке — 40% номинального. Кроме того, параметр характеризует срок службы батарей, чем шире диапазон, тем дольше прослу- жат батареи. ч1 Частота входного напряжения Частота входного напряжения (input frequency) — характеризует диапазон отклонения частоты источника сети, при нормальных условиях эксплуата- ции отклонение частоты от номинального значения обычно не превышает 1Гц. Коэффициент искажения формы выходного напряжения Коэффициент искажения формы выходного напряжения (total harmonic distortion — THD) характеризует отклонение формы выходного напряже ния от синусоиды, единица измерения — проценты. Малые значения коэф- фициента соответствуют форме выходного напряжения, приближающейся к синусоидальной. Время переключения режимов Время переключения режимов (transfer time) характеризует инерционность ИБП для различных источников составляет примерно до 4... 15 мс. 296
I ЛАВА 1 1 kl( |НЧМИ>И».|| lliui^.nn'i- Допустимая нагрузка Допустимая нагрузка (over load) характеризует устойч и носи» 11ЫI при ш |и |рузках ио мощное! и, задается в процентах по отношению к номинадьной 1»пределяег устойчивость ИБП к нестационарным перегрузкам. И»*1 МЯ АВТОНОМНОЙ РАБОТЫ Время автономной работы определяется емкостью батарей и величиной на 1рузки, нелинейно зависящей от последней. Для типовых ИБП небольшой мощности и персональных компьютеров оно составляет 5... 10 мин. Крест-фактор Крест-фактор (crest factor) — отношение пикового значения потребляемого । । :а к среднедействующему. Величина зависит от формы питающего напря- жения. Срок службы батарей < рок службы батарей составляет 4-5 лет, однако реальный существенно за- висит от условий эксплуатации: частоты переключений в автономный ре- жим, условий зарядки, окружающей среды. Наличие холодного старта Наличие холодного старта — возможность включения источника беспере- бойного питания при отсутствии напряжения в питающей сети. Такая фун- кция полезна при включении компьютера, например, для приема/отправки факса при отсутствии напряжения сети. Соединение ИБП с ПК Компьютер с источником бесперебойного питания соединяется посредством соединительного кабеля, вставляемого в электрические разъемы типа DB-9, DB-15, DB-25. Цифра в наименовании означает число контактов в разъеме, кроме того, добавляется суффикс F (female) или М (male), указывая на конс- трукцию разъема гнездового или штырькового исполнения. Друг с другом соединяются разъемы только противоположных суффиксов. 297
11.2. Примеры рассмотрения ИБП (схемы, принцип работы и особенности устройства) ИСТОЧНИКИ 1ЯЛ1/ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ f f Iff If (Invertomatic Victron Energy System) Линейно-интерактивные ИБП Интересная реализация принципа действия ИБП линейно-интерактив- ного типа осуществлена в источниках MATCH производства IMV. Элект- рическая энергия запасается в аккумуляторных батареях, размещенных в блоке. Это позволяет ИБП выдавать в нагрузку электрическую энергию, даже когда ИБП полностью отключен. Основные элементы источника (рис. — выпрямитель и инвертор с микропроцессорным управлением. Устройство и работа Напряжение первичной сети через заградительный фильтр импульсных и радиопомех поступает на одну из обмоток трансформатора, выполнен- ного по ferro-технологии. Одновременно напряжение сети контролирует- ся микропроцессором. При скачках напряжения сети в небольших пределах напряжение на нагрузке поддерживается в установленных пре- делах путем включения повышающей (понижающей) обмотки трансфор- матора посредством микропроцессора. К дополнительной (вторичной) обмотке трансформатора подключен выпрямитель, обеспечивающий заряд батареи. В случае мощных бросков (провалов) электрической энергии ИБП от- ключается от входной сети, выпрямитель переходит в режим инвертора, питающегося от аккумуляторных батарей. Дистанционно режимы работы, состояние АКБ можно проконтролировать с помощью COM-порта, свя- зывающего ИБП с компьютером. Наличие фильтров на входе и выходе ИБП позволяет обеспечить защиту от помех различного происхождения, включая импульсные и радиопомехи. ИБП с архитектурой On-Line Принцип работы ИБП On-Line рассмотрим на примере блок-схемы ап- парата из серии NetPro, структурная схема которого представлена на рис. 4.9. В ИБП серии NetPro выходной инвертор постоянно функционирует, вырабатывая переменное напряжение стабильной амплитуды (отклонение от номинала не более 2%) и частоты, не зависящих от режима работы ИБП (сеть или батарея), а также от изменений параметров сетевого напряжения. ИБП серии NetPro самостоятельно синтезирует выходное синусоидаль ное напряжение, используя при этом энергию сети либо энергию батарей, при условии, что функционирование байпаса запрещено. Эта черта явля 298
Глава 11. Источники ь- cm и ьойн< 1 • ЛИ 'АН» стся характерным отличием ИБП IMV. Функция оказывается весьма по- лезной при стыковке ИБП с автономным источником питания, например, С дизель-генераторной установкой или в случаях с крайне нестабильными параметрами питающей сети. Помимо выходного инвертора . ИБП включает в себя еще I ри независимых преобразователя, а именно: Блок-схема источника бесперебойного питания линейно-интерактивного типа серии MATCH (IMV) Вход Входное напряжение с искажениями Выход: Качественное выходное напряжение ИБП Блок-схема источника пиглния NetPro (IMV) ЛШ
I • ИМ'» м< HHMt и* t'Я1НИКИ ПИТАНИЯ ПК N Л1 РИ<ТЧ I ИИ • умножитель напряжения батареи, для предварительного повышения напря женин батареи до уровня, необходимого для работы входного инвертора; • входной и выходной инверторы, являющиеся неотъемлемой частью цепи преобразования энергии и функционирующие постоянно. На входной инвертор возложены следующие функции: ♦ выпрямление и сглаживание переменного напряжение сети; ♦ стабилизация напряжение выпрямителя или умножителя; ♦ коррекция коэффициента мощности. Все преобразователи работают по принципу широтно-импульсной мо- дуляции на частотах от 30 до 70 кГц и включаются по команде микро- процессора. Таким образом, в режиме работы от батарей энергия элек- трической сети прежде чем попасть в нагрузку претерпевает тройное преобразование, причем дважды на высокой частоте (более 30 кГц). Зарядное устройство предназначается не только для подзарядки ба- тарей, но и служит в качестве источника питания внутренних цепей всего ИБП. Для защиты ИБП от помех и перенапряжений на входе и выходе имеется: плавкая вставка; достаточно мощный LC-фильтр; ва- ристоры; разрядник. ИБП способен работать с любыми типами нагрузок (как линейной, так и нелинейной), выдерживать 100% нагрузки и пиковые токи нели- нейной нагрузки. Высокая надежность ИБП данной серии обеспечивается примене- нием в архитектуре On-Line обводной шины Bypass. Архитектуру On-Line используют и устройства серии LanPro, име- ющие неменьший интерес благодаря использованию резервируемой па- раллельной архитектуры (Redundant Parallel Architecture RPA). Резервируемая система может свободно переносить неисправность по крайней мере одного из компонентов без выхода из строя всей системы, а Технические характеристики типовых ИБП серии MATCH (IMV) Параметр MATCH Lite MATCH 300 500 700 1000 1500 2200 3000 Мощность, ВА/Вт 300/180 500/300 500/300 1000/600 1500/900 2200/1540 3000/2100 Напряжение батарей, В 12 12 24 36 36 36 48 Кол-во х Емкость батарей Ач 1x7 1x7 2x7 3x7 3x12 6x7 8x7 Время автономной работы при типовой нагрузке, мин 15 7 12 13 16 7 7 Время заряда батарей до 90% емкости, ч 3 3 2 2 2 2 2 Вес с батареями кг 6,5 7.4 10,0 18,7 23,0 20,5 22,6 Время переключения, мкс 4.. 10 300
ГЛАДА гакже наращивать мощносп. системы либо повышать се начсжносп X» рактеристики источников питания MATCH, NetPro, LanPro фирмы IMV представлены в табл. Источник бесперебойного питания VICTRON LITE выполнен по ар хигектуре off-line [34], т.е. обеспечивает защиту компьютерного оборудо Технические характеристики типовых ИБП серии NetPro (IMV) 1 Параметр 600 1000 1500 2000 3000 4000 Мощность, ВА/Вт 600 /360 1000 /600 1500 /900 2000 /1200 3000 /1800 4000 /2400 Напряжение батарей, В 24 36 48 72 108 120 Кол-во батарей, 2 3 4 6 9 10 Время автономной работы при типовой нагрузке, мин 12 12 10 12 12 10 Время заряда батарей до 90 % емкости, ч 15 Вес с батареями, кг 13 15,5 18 29 38 42 Технические характеристики типовых ИБП серии LanPro (IMV) Параметр LP3-11 LP5-11/31T LP6-11/31T LP8-11/31T Мощность, кВА/кВт 3/2,4 5/4 6/4,8 8/6,4 Батареи, В/Ач 240/7 240/7 240/7 240/14 Время автономной работы при нагрузке 50/100%, мин 12 12 10 12 Вес с батареями кг 85 110/180 115/185 165/270 301
источники ясспгрббоиного ПИТАНИЯ LITE (Invertomatic Victron Energy System) вания от всех форм отклонений электроэнергии в сети, включая полное пропадание. Источник имеет простую и элегантную конструкцию цепей, которая совместно с интенсивной защитой при не нормальных условиях функционирования (перегрузка, короткое замыкание, перегрев) делает Lite особенно надежным. Основные характеристики источника питания Lite представлены в табл. В нижней таблице приводится оценка времени автономной работы источника в режиме инвертора при питании о г батарей, зависящее от их емкости. Структурная схема Технические характеристики ИБП серии Lite (IMV) Параметр 250 400 600 800 1000 1500 I Мощность, ВА/Вт 250/150 400/240 600/360 800/480 1000/600 1500/900 Напряжение сети, В 180...264 Частота сети, Гц 50...60 Допустимое отклонение частоты, Гц ±2,5 Выходное напряжение, В 230±5% Стабильность частоты (работа от инвертора), % ±2 Форма выходного напряжения Т рапецеидальная Время переключения (восстановления) мс 4 Напряжение переключения /восстановления, устанавливается перемычками, В Низкое 180/187 Стандартное 187/195 Высокое 196/204 Напряжение батареи, В « | L. 12 I 24 I . 24 | I 24 | 36 Время автономной работы для типовых моделей LITE, мин Нагрузка, ВА/Вт 250 400 600 800 1000 1500 250/150 42 42 100 100 100 150 250/150 10 10 28 28 28 50 400/240 5 15 15 15 27 600/360 7 7 7 22 800/480 5 5 10 1000/600 4 6 1500/900 5 Упрощенная структурная схема источника питания представлена на рис. При отсутствии отклонений в сети напряжение в нагрузку передается по шунтовой цепи через управляемый контакт и выходной фильтр радиопомех. При отклонениях в сети переменного тока шунтовая 302
цепь разрывается, нагрузка начинает питаться oi аккумуляторных (»аi л| й Напряжение постоянного тока батарей с помощью инверюра H|x*o6piriy стся в переменное. ’Гиповое время переключения удовлетворяет непрерывному фупкпио пированию современного компьютерного оборудования и составляет 4 м 1 ели время действия аварийного события затягивается, то работа инвертора будет остановлена. При восстановлении электрической сет нагрузка снова будет питаться по шунтовой цепи от главного источника электрической энергии. Сеть Структурная схема источника питания Ute Индикация состояния работы ИБП Индикация состояния работы ИБП осуществляется светодиодами: ♦ зеленый — сигнализирует о включенном состоянии ИБП; ♦ желтый — при наличии перегрузки; ♦ красный — о тревоге, звуковой сигнал от бипера. При неисправностях производится следующая индикация: авария сети — включается красный светодиод, бипер звучит каждые 20 с; разряд батарей — загорается красный светодиод, бипер звучит каждые 5 с; перегрузка (действие от батарей) — включены красный и желтый светоди оды, бипер звучит непрерывно; перегрузка (ИБП работает от сети) — горит зеленый светодиод и загорает- ся желтый, бипер молчит; предупреждение о температурном перегреве — красный светодиод вклю чен, бипер издает прерывистый сигнал периодичностью в 5 с; перегрев — все светодиоды не горят, выходное напряжение отсутствует, бипер молчит; закрытие — горит только красный светодиод, выходное напряжение отсутствуют, бипер молчит; 303
ПИП выключен — вся индикация отсутствует, выходное напряжение от сугсгвуег. Под аварией понимается понижение напряжения сети до нижней гра ницы напряжения переключения (см. табл. ). Когда это событие про исходит, ИБП переходит в режим батарейного питания. Экстремальные режимы работы Разряд батарей. Эксплуатация в режиме питания от батарей, состояние которых соответствует точке истощения аккумуляторов, сопровождается зву- ковым сигналом высокой частоты. В этом состоянии батарей программы, за- пущенные для исполнения, закрываются. С использованием коммуникаци- онного интерфейса, эта процедура может быть инициирована в оставленных без присмотра компьютерных системах. Если же ИБП Lite функционирует со 100% нагрузкой, то процедура закрытия завершится за 1 минуту звучания сигнала истощения батарей При меньшей нагрузке процедура закрытия может быть значительно про- длена. Когда батареи полностью разряжены, ИБП не способен долго снаб- жать оборудование электроэнергией и компьютерная система может по- вредиться. Перегрузка. Условия перегрузки возникают всякий раз, когда Потреб- ляемая мощность оборудования превосходит нагрузочную способность ИБП. В случае существования перегрузки в течение работы от батарей, ИБП может выключиться из-за перегрева, который при этом возникает. Длительность перегрузки в значительной степени зависит от ее величины и температуры окружающей среды. В случае аварии условия перегрузки радикально уменьшают время автономной работы и могут вызвать полный выход источника из строя Перегрев. Выключение ИБП от перегрева может происходить в случаях: ♦ превышения температуры окружающей среды критической; ♦ невозможности собственной вентиляции; ♦ ситуации перегрузки. Выключение. ИБП автоматически выключается в следующих ситуациях: ♦ батареи полностью разрядились при работе в режиме от батарей; ♦ нагрузка является меньше 5% максимальной нагрузки при отсутствии напряжения сети; ♦ при управлении по каналу связи компьютер выключает ИБП. Проис- ходит повторное автоматическое включение, если сеть восстанови- лась. В этот режим ИБП может перейти используя собственно вык- лючатель сети. Обратное восстановление в этом случае возможно также только вручную. 304
Коммуникационный порт ComConnect Порт ComConnect является стандартной компонентой ИБН, начинам т модели Lite 400 и выше. Порт имеет вид розетки (тип Sub-D, девяти шпарь новый), предназначенной для соединения ИБП и компьютера. Информация, передаваемая через порт ComConnect, включает состо инне напряжения сети и выходного напряжения ИБП, а также аккумуля горных батарей, отправка команд для закрытия компьютерных систем, находящихся без присмотра. Через порт возможен прием сигналов выклю чения компьютера. Если сигналы отправляются на компьютер, на экране появляется соответствующая надпись, информирующая пользователя. Интерфейс снабжается кабелем и программным обеспечением под паи* более распространенные операционные системы, такие как UNIX, WINDOWS и др. К контролируемым параметрам относятся состояние сети, а также уровень разряда батарей. Распайка кабелей для комму- никационных портов для различных моделей ИБП IMV представлены г приложении. Источник бесперебойного питания LITE600 Силовая часть схемы (схему LITE600 можно выкачать с сайта www nit.com.ru) образована элементами контактных групп шунтовой цени, фильтром радиопомех и входной/выходной розетками. Входной фильтр радиопомех состоит из элементов: С76, С77 — так называемые Y-кон- денсаторы, С36, С37 — Х-конденсаторы, R72 — варистор с напряжени- ем открытия 275 В, дроссель L2, последовательные RC-фильтры R240, С34 и R224, С35. Шунтовая часть в своем составе имеет контактные группы контакторов KI, К2. При отсутствии отклонений в первичной сети входное напряжение через контакты 4, 5 розетки J10, замкнутую контактную группу 5, 9...6, 10 и 7, 11...8, 12 контактора К2, замкнутые контакты 3-4, 6-7 контактора К1 поступает на фильтр радиопомех. На- пряжение первичной сети синусоидальной формы без преобразовании с контактов 9, 7 и 6, 8 розетки ИО следует далее в нагрузку. Цепь заряда АКБ В режиме функционирования от электрической сети осуществляется заряд аккумуляторной батареи. Источником заряда служит вторичный выпрямитель V69, V70, подключенный ко вторичной обмотке трансфор матора ТЗ обратноходового преобразователя. Питание преобразователя осуществляется от источника +310 В, реализованном на диоде V82, 305
...... > ' и ' н-WP И НИ IАМИИ I 114 И IH I I » й функции фильтра выполняют дроссель L3 и конденсатор С53. Рсзисюр R102 и варистор R169 — ограничительные элементы цени питания Лк 1ИВНЫМ элементом преобразователя является транзистор V71. Преобрл зователь управляется микросхемой V100 типа UC3845, осуществляющей широтно-импульсную модуляцию выходных импульсов для стабилиза ции выходных напряжений преобразователя AC*, ACCU. Частота еле дования выходных импульсов преобразователя, задаваемая элементами R85, С54, в этой схеме соответствует значению порядка 90 кГц. Микросхема содержит две цепи стабилизации: по напряжению и по току. Цепь стабилизации по напряжению образована регулируемым де лителем R255, R108, R82, R84, позволяющим устанавливать необходи мую величину напряжений АС* и ACCU. С делителя напряжение по ступает на вход усилителя ошибки (вывод 2 V100), частотные свойства которого определяются элементами R168, С66. Стабилизация по току осуществляется резистором R83, размещенном в цепи истока транзис- тора V71. Сигнал с R83 поступает на вывод 3 микросхемы V100 черс> фильтр R90, С60, отсекающий выбросы высокочастотных помех. Выходные импульсы с вывода 6 микросхемы через ограничительную цепь R87, V79, R88, R86, V72 поступают на затвор V71. Остановка пре образователя возможна либо после превышения на выводе 3 микросхе- мы напряжения 1 В, либо сигналом CHAR OFF, поступающим через резистор R175 на базу транзистора V140, при этом на выводе 1 V100 ус- танавливается потенциал корпуса. Элементы V74, V81 и R194, С71 осу- ществляют демпфирование паразитных выбросов при переключениях V71. Инвертор Если напряжение первичной сети опускается ниже установленного пре- дела, например в случае стандартной установки это значение менее 187 В (см. табл. 4.8), то ИБП командой UPS_ON включается в режим питания от батарей. В этом режиме выходное напряжение трапецеидальной фор- мы создается инвертором мостового типа, выполненном на МОП-тран- зисторах V7, V8, V55, V54. Импульсы, управляющие работой инвертора, формируются логическими элементами «двухвходовое И» микросхемами V50A, V50B, V133A, V133B и генератором с петлей фазовой подстройки (phase-locked loop) V22. Сигнал разрешения управления инвертором по- ступает с выхода элемента V50C на входы перечисленных элементов. Формируется он при наличии на входе элемента V50C команды UPS ON и сигнала высокого уровня с V77C, являющимся выходным элементом узла контроля наличия выходного напряжения (V77 — двухвходовый эле- мент И-НЕ с триггером Шмитта на каждом входе). Питание инвертора осуществляется выпрямителем +270 В, форми- руемым дополнительным инвертором. Дополнительный инвертор со- ставляют транзисторы V4, V5, V17, V33, V34, V35. Защита входных цепей 306
I ЛАВА 1 1 ИМОЧНИ*—1. йк । и иных элементов преобразователя осуществляется трап ин юрами V176, V177, демпфирующие элементы образованы цепями К 'СНГ' и R223, С106. Во вторичной обмотке трансформатора TI формируем I шакопеременное напряжение для источника +270 В, выпрямляемое диодами V10, V12, V165, V166, V167, V193, а также напряжение +30 Н создаваемое диодами V68, V67. Формирователь управляющих сигналов В процессе функционирования от АКБ для стабилизации выходпо го напряжения +270 В на входы преобразователя поступают широпю модулированные импульсы, формируемые ШИМ-контроллером V6 типа UC3846. ШИМ-контроллер работает на частоте примерно 67 кГц, он ределяемой элементами R2, С5. Управление длительностью импульсов осуществляется цепями обратных связей по напряжению и току. С ре- зистивного делителя R3, R4, R9 информация о выходном напряжении поступает на инвертирующий вход усилителя ошибки по напряжению (вывод 6 V6), неинвертирующий вход подключен к источнику опорно- го напряжения микросхемы +5,1 В (вывод 2 V6). Частотные характе- ристики усилителя ошибки микросхемы V6 определяются цепью Сб, С7, R5. Выходной сигнал усилителя ошибки поступает на вход широт- но-импульсного модулятора для формирования переднего фронта вы- ходного импульса. С резисторов R184, R43, выполняющих функцию датчика тока до- полнительного преобразователя, информация о гоке через транзисто- ры преобразователя, усиленная неинвертирующим усилителем V155A, поступает на вывод 4 V6. Элементы R78, С80 служат фильтром сигна- лов помехи в импульсе тока. Максимальное значение тока через тран- зисторы преобразователя устанавливается резистором R46. Цепь плав- ного запуска составляют элементы R179, R180, R253, С69. Сигнал высокого уровня на выводе 16 V6 или же превышение сигнала на вы воде 4 величины +1,2 В прекращает формирование импульсов на вы- водах И, 14 микросхемы V6. Цепи управления и контроля Управление и контроль за режимом работы ИБП включает схему не- прерывного контроля за сетевым напряжением, формирователи сигна- лов UPS_ON, «авария» (UTIL FAIL), схему контроля за состоянием батарей (BAT_LOW и BAT_EMPTY) и перегревом (WARM и НОТ), схему контроля перегрузки (OVERLOAD), схему управления контактором KL Схема непрерывного контроля за сетевым напряжением подключена к сети переменного напряжения через понижающий трансформатор Т2. Со вторичной обмотки трансформатора напряжение пропорциональное входной переменной сети поступает на компаратор V20A и мостовой вын рямитель на диодах V60, V61. На выходе V20A формируется периоди 307
чсская последовательность прямоугольных импульсов с периодом сле- дования, совпадающим с частотой сети. Далее этот сигнал через инвер тор V125D поступает на сигнальный вход генератора с петлей фазовой подстройки, управляемого напряжением (вывод 14 V22). Центральная ча- стота генератора, определяемая элементами С16, R26, R30, R165, R167, равна удвоенной частоте сети (примерно 100 Гц). Выходной сигнал ге- нератора с вывода 4 V22 поступает на делитель частоты на 2, реализо- ванном на микросхеме V23A, с выхода которой (вывод 2 V23A) импуль сы частотой 50 Гц поступают на вход компаратора фазы (вывод 3 V22). Фазы (моменты появления передних фронтов) сигнальной и генератор- ной последовательностей сравниваются микросхемой V22. Результат срав- нения в виде положительного импульса, длительность которого опреде- ляется временем отставания переднего фронта импульсов с выхода генератора (отрицательного в противоположном случае) поступает на вывод 13 микросхемы V22. Фильтр этого напряжения состоит из эле- ментов R31, С17, С40 и подключен к выводу 9 ИМС V22. Из импульс- ных последовательностей, поступающих с выходов 1, 2 микросхемы V23A. формируются импульсы управления транзисторами инвертора. Формирование сигнала «авария» Кроме схемы непрерывного контроля сетевого напряжения с вып- рямителя V60, V61 информация о сетевом напряжении поступает также на резистивный делитель R32, R33, R34, R70, R71. С резистора R33 эта информация поступает на схему формирования сигнала «авария», состо- ящей из элементов V103D, V24, R35, С23, V125A. Если напряжение сети соответствует норме, т.е. превышает уровень к примеру 187 В, то на выходе компаратора устанавливается высокий уровень напряжения. В результате диод V24 оказывается запертым, при этом происходит заряд конденсатора С23 через резистор R35. Через некоторое время, опреде- ляемое параметрами цепочки С23, R35, компаратор V125A переключит- ся, и напряжение на выходе V125A имеет уровень корпуса. При пропа- дании напряжения сети конденсатор С23 через диод V24 и малое выходное сопротивление V103D разряжается, при этом на выходе V125A устанавливается сигнал «авария» сети, представляющий высокий уровень напряжения. Вследствие этого на выходе элемента V125E появляется высокий уровень напряжения, что соответствует сигналу UPS ON. Сигнал «авария» может формироваться схемой контроля за состоя- нием батарей, выполненной на компараторах V53A, V53B, логических элементах ИЛИ-HE V132B, V132C. При разряде аккумуляторных бата- рей ниже уровня BAT LOW на выходе компаратора V53B устанавлива- ется единичный уровень напряжения. Далее этот сигнал через инвертор V125F поступает на таймер V89 для формирования сигнала предупреж- дения о состоянии АКБ. При более глубоком разряде батарей единич- 308
I ЛАВА I I Н МНИК—nri.Hl rgiirjr,w, in.hi уровень напряжения устанавливается и на выходе компараюрп V' 'А Ним сигналом триггер V76D, V76C выключает команду U1’S_ON. Аналогичный принцип действия имеет и схема температурного Контроля ИБП. Датчиком температуры служит терморезистор RI41 Н случае легкого нагрева ИБП компаратор V103A включается в еди ничное состояние, далее этот сигнал через элемент ИЛИ-HE VI320 по Ступает на таймер V89 для предупреждения об аварии ИБП. При перс греве ИБП срабатывает компаратор V103B, приводящий к появлению i in нала «авария» и снятию команды UPS_ON. Перегрузка ИБП Контроль перегрузки ИБП реализован схемой, выполненной па эле- ментах V63D, V20B, V20C. Сигнал с выхода компаратора V63D посту- пает на вход V63A. Если в режиме работы от батарей обнаружится пе- регрузка, то на выходе V63A сформируется сигнал, выключающий ИБП. Кроме этого, сработают интегральные компараторы V20B, V20C. В пер- вом случае загорается желтый светодиод VI14, а компаратором V20C сформируется сигнал, подготавливающий контактор К1 к выключению. Схема управления контактором К1 предназначена для переключе- ния нагрузки на питание от АКБ в условиях сети низкого качества. Эго происходит как по сигналу «авария», поступающего с триггера V76C, V76D на логические элементы V76B и V76A, так и дистанционно с микросхемы V141. Нулевой сигнал на выходе V76A вызывает запира- ние транзистора V25 и выключение контактора К1. Дистанционное уп- равление контактором К1 осуществляется через порт ComConnect мик- росхемой V141, включенной по схеме ждущего мультивибратора. Работа схемы аналогична действию по сигналу «авария». Звуковая индикация Звуковая индикация неблагоприятной работы ИБП осуществляет- ся бипером, управляемым таймером V89 типа NE555D. Прерывистый сигнал периодичностью 20 с поступает от мультивибратора V141, эле- мент V76A, диод V174 на базу транзистора V98. По сигналам «разряд батарей» (BAT_LOW) и «нагрев ИБП» (WARM) таймер формирует сиг- нал периодичностью 5 с по цепи: V132C —> V125F -> диод V131 резистор R114. С выхода компаратора V20B устанавливается единичный сигнал, зас- тавляющий непрерывно звучать бипер при перегрузке ИБП (OVERLOAD). Питающим напряжением для микросхем является +8 В, вырабатываемое трехвыводным интегральным стабилизатором V87 типа 7808. 309
источники ыспарсбонного питания АРС BACK-UPS Фирмой АРС (American Power Conversion) выпускается широкая иомен клатура устройств, для обозначения ИБП используются начальные буквы из названия серии и цифры номинальной мощности в вольт-амперах. Рас смотрим особенности построения ИП класса Off-line и Line-interactive. ИБП серии Back-UPS В классе Off-Line серии Back-UPS фирмой АРС производились ИБП модели BU250/400/600/900/1250, принципиальную схему которых (элекг ронной части ИБП) можно выкачать с сайта www.nit.com.ru. Основным предназначением устройств данного типа является питание компьютеров а также оборудования для торговых и кассовых аппаратов. Эти модели могут выдавать сигнальные звуковые сообщения в случае перегрузки, работы от аккумуляторных батарей, при низком напряжении АКБ. Во всех моделях, начиная с BU400, имеется коммуникационный порт с интерфейсом RS- 232, который позволяет дистанционно контролировать состояние ИБП, сво- рачивать систему и выключать компьютер при длительном отсутствии на- пряжения питающей сети и наличии соответствующего программного обеспечения (Power Chute Plus). Установка напряжения переключения в ре- жим работы от аккумуляторных батарей осуществляется переключателями на задней панели устройства. Типовые характеристики источников пита- ния этой серии представлены в табл. Модели между собой отличают- ся емкостью батареи и габаритными размерами выходного трансформато- ра. Принципиальную схему ИБП BU250/400/600 можно выкачать с сайта www.nit.com.ru. Основные технические характеристики ИБП серии Back-UPS (АРС) Модель BU250 BU400 BU600 Г Входное напряжение, В 220...240 | Частота питающей сети, Гц 50 В Энергия поглощаемых выбросов, Дж 320 и Напряжение переключения, В 166...196 | Номинальное выходное напряжение при работе | от аккумуляторов, В 225 ±5% | Выходная частота при работе от аккумуляторов гч 50 ±3% [ Форма выходного напряжения Прямоугольная | Выходная мощность, ВА/Вт 250/180 | 400/250 | 600/400 | Номинальное время переключения мс 5 Количество аккумуляторов х напряжение В 2X6 1X12 2X6 Емкость аккумуляторов, Ач 4 7 10 Длительность 90% подзарядки после разрядки до 50%, ч 6 7 10 Время автономной работы, мин не меньше 5 Габариты, мм 168x119x361 Вес, кг 5,4 9,5 11,3 310
ГЛ АП л 1 1 И IIIHHth III > t i. мн Г ~П ГН"" Входной фильтр Сетевое напряжение поступает на входной многозвенный фиш ip III.II через прерыватель цепи (на схеме не показан). Прерыватель цепи пред сгавляст автоматический выключатель, расположенный на задней панели ИБП. В случае значительной перегрузки он отключает устройство oi се in Входной фильтр образован типовым LC-фильтром, состоящим из элемеп юв LI, L2, С38, С40, ограничение выбросов напряжения осущесчвляен я С помощью металл-оксидных варисторов M0V2, M0V5. Инвертор Напряжение от фильтра-ограничителя с выводов UTIL_IIO'I, OUTWHT поступает на трансформатор Т1, вторичная обмотка ко I орого является как источником питания схемы заряда АКБ, так и да i чиком сетевого напряжения для схемы анализа состояния питающей сети. При отсутствии отклонений в сети питающее напряжение чере> контакты 3-5 реле RY1 поступает на выход источника питания. В про । ивном случае схема анализа состояния входной сети выдает сигнал аварии первичной сети ACFAIL, переключающий реле RY1 и разре шающий функционирование силовому инвертору. Нагрузкой инвер i о ра является трансформатор Т2 (на схеме не показан, входит в состав устройства), со вторичной обмотки которого снимается выходное на пряжение, являющееся напряжением питающей сети. Силовой инвер гор образован транзисторами Q1...Q6, Q36, Q37. Цепи управления Схема анализа состояния питающей сети выполнена на интеграль ных компараторах IC4 и триггерах Шмитта IC3. Пороговое напряже ние переключения в режим работы от АКБ устанавливается резисго ром VR2 в том положении переключателей SW1 (2-7, 3-6), которое указано на задней стенке устройства; заводская настройка соответствуе i напряжению 196 В. С вывода 10 IC3 на микросхему IC7 поступаеi сигнал включения (ACFAIL) для формирования управляющих импулг сов инвертора. При этом на выходах 12, 13 микросхемы появляются импульсы управления PUSHPL1, PUSHPL2, которые через логические элементы ИЛИ-HE IC2 и осуществляют управление силовым инвер тором. Сигнал ACFAIL, разрешающий функционирование инвертору, поступает на затвор транзистора Q10 и на выводы 1, 13 микросхемы IC2. При срабатывании реле RY1 от транзистора Q10 замыкаются коп такты 3-4 реле и питающее напряжение поступает в нагрузку. Режим работы инвертора контролируется датчиком тока, выполненном на трап зисторе Q8. С нагрузки каскада, резистора R34, через низкочасто i пый фильтр R29...R32, СИ, С12 информация о токе в инверторе nocrynaei на вывод 4 IC7 для установления длительности выходных импульсов и 311
поддержания выходною напряжения ИБП величиной 225 В при райо также исправность элементов входного фильтра и ограничителя. Про верить исправность элементов инвертора. Типовые неисправности При включении ИБП происходит сброс нагрузки. Проверить исправность трансформатора Т1, реле RY1. ИБП включается только от батареи при наличии сетевого напряжения. Отрегулировать уровень включения инвертора при помоши переклю- чателей на задней стенке. Проверить исправность IC4, при необходи мости заменить. ИБП не обеспечивает расчетного времени резервирования. Проверить состояние батареи, при необходимости зарядить. Если срок службы истек — батарею заменить. При необходимости уменьшить нагрузку на ИБП. Отсутствует заряд батарей. Проверить наличие напряжения 13,76 В на выводе 2 микросхемы IC1. Если напряжение имеется, проверить исправность диода D8, под- водящих проводов к аккумулятору, исправность батареи. 312
источники •I < ПАР1ЬОИНОГО ПИТАНИЯ APC SMART-UPS Компанией APC в серии Smart-UPS выпускаются модели II hl I SC420/620/700/1000/1400, относящиеся к классу Line-interactive Ila тыльной стенке источника имеется четыре сетевые розетки, расположен ные в виде вертикального ряда Как правило, верхняя розетка в лом ряду не обеспечивается батарейным питанием, напряжение на пей при сугствует при подключенном ИБП к сети и выключенной кнопке сен. Аппаратура, подключенная к этой розетке, будет защищена только лини от перенапряжения, поэтому к ней рекомендуется подключать печатаю щее устройство, сканер, факс, акустическое устройство или любое дру ioe устройство, не требующее предварительного сохранения информа пии. Остальные розетки, кроме защиты от перенапряжения, обеспечиваю! защиту и от пропадания электроэнергии. ИБП снабжается программным обеспечением для дистанционного управления питанием. В этом случае кабель интерфейса подключается к порту RS232 разъемом DB-9. Основные режимы работы При включении в сеть источник производит самотестирование, в те- чение которого нагрузка питается от батарей. В случае выполнения про- граммы самотестирования источник переходит в режим работы от сети. Режим самотестирования выполняется автоматически при включении, а также через каждые две недели. При отсутствии сбоев в режиме само- тестирования источник немедленно переходит в режим работы от сети и выдает на светодиод передней панели сигнал «Заменить батарею». В режиме работы от батарей горит светодиод «Питание от батарей» и ИБП издает 4 коротких тревожных зуммерных сигнала через каждые 30 с. Когда ИБП вновь переходит на работу от сети, подача тревож ных сигналов прекращается. Если ИБП работает в режиме от батарей и она разрядилась до недопустимо низкого уровня, то ИБП издает зум мерные сигналы до тех пор пока не отключится в результате полною истощения батарей или не перейдет в режим работы от сети. В случае перегрузки защищаемого оборудования загорается сигналь ный светодиод «Перегрузка», при этом ИБП издает непрерывный ipe вожный сигнал. Подача этого сигнала не прекращается до тех пор, пока перегрузка не исчезнет. При исчезновении сетевого напряжения главная система, подключен ная к порту RS232, может подать команду на отключение ИБП. 313
UHltM’HHIW И I ЧНИ И Г1И1АН*г.| I Р ИШ'.’ЬН'ИИ В режиме отключения ИБП прекращает подачу питания в нагрузку. Попеременно загораются светодиодные индикаторы «Сеть» и «Перегруз ка». Если же ИБП выключился из-за того, что батарея разрядилась до недопустимо низкого уровня, ИБП будет выдавать каждые 4 с зуммер ный сигнал в течение приблизительно 16 с. При восстановлении cere вого питания ИБП также переходит в режим работы от сети. ИБП заряжает свою батарею при каждом подключении к сети пита- ния. Батарея заряжается полностью за первые 4 часа нормальной работы. Технические характеристики моделей SU420/620 [42] приведены в табл. Технические характеристики SU420/620 Параметр SU420 SU620 Допустимое входное напряжение В 0...320 Входное напряжение (при работе от сети), В 165...283 Выходное напряжение, В 208...253 Защита входной цепи от перегрузки Возвращаемый в исходное положение автоматический выключатель Диапазон частоты (при работе от сети), Гц 47...63, автоматическое измерение Время перехода, мс 4 Максимальная нагрузка ВА/Вт 420/260 | 620/390 Выходное напряжение при работе от сети, В 230 Частота при работе от батареи, Гц 50 ±0,1 или 60 ±0,1, если во время отключения электроснабжения не была осуществлена синхронизация с частотой сети Форма сигнала при работе от батареи Ступенчатая синусоида Защита выходной цепи от перегрузки Защита от перегрузки и короткого замыкания, выключение при перегрузке с фиксацией Тип батареи RBC2 | RBC4 Срок службы батарей, лет 3...6, в зависимости от числа циклов разрядки и температуры окружающей среды Низкочастотный уровень шума, дБ <45 на расстоянии 1 м Удовлетворяет стандартам по технике безопасности EN50091, EN60950 выдан VDE Стандарты электромагнитной совместимости EN55022 Стандарт защищенности от электромагнитных помех IEC801-2, уровень IV, 801-3, уровень III, 801-4 уровень IV Принципиальная схема Указанные модели характеризуются одинаковой идеологией пост- роения принципиальной схемы и имеют то же программное обеспече- ние, что и Back-UPS. Источники в серии отличаются емкостью бата- рей, а также исполнением выходного каскада источника, т.е. числом выходных транзисторов в инверторе и мощностью трансформатора, а соответственно — размерами. Рассмотрим особенности построения принципиальных схем этих моделей 314
Входной и выходной фильтры Напряжение первичной сети поступает на входной фильтр I MI/RI I помех, образованный элементами LI, С14, С15, С16. Защита первом ной сети от выбросов осуществляется металлооксидными варисюрами MV1, MV3, MV4. К выходу фильтра подключен датчик контроля вход ного напряжения Т1. Далее напряжение электрической сети поступай и । выход источника. При работе от сети возможны два случая: вход ioч- напряжение соответствует номинальному значению или оно ниже/ выше номинального. Пусть входное напряжение первичной сети соответствует номиналь- ному значению. В этой ситуации при включенном ИБП, т.с. при замкнутых контактах 1-2, 3-4 реле RY5, 3-4 реле RY4, 3-5 реле RY3, 5 3 реле RY2 это напряжение поступает на выходной фильтр источни ка состоящий из элементов С17, MV2. Через замкнутые контакты 2-3 реле RY3 выходное напряжение сети снимается с выходных клемм ис Точника НОТ-OUT и XFMR-NEU. В цепь выходного фильтра вклю чены трансформаторы токов СТ1 и СТ2. Первый, СТ1 контролирует высокочастотные выбросы в первичной сети, второй СТ2 предназна- чен для контроля тока нагрузки. Трансформатор Т2 осуществляет кон- троль выходного напряжения. Если же напряжение первичной цепи ниже/выше номинального, но in меньше 194 В (больше 249 В), в этом случае замыкаются контакты 4-3 (4-3) реле RY2 (RY3), в результате чего к выходному напряжению лобавляется (отнимается) напряжение дополнительной обмотки, под- ключенной к клеммам XFP-TAP1, XFP-TAP2. При этом выходное на- пряжение устанавливается равным 218...223 В. Цепи контроля и управления Управление режимами работы источника питания осуществляется микропроцессором IC12 типа S87C654. Контролируемые сигналы (вход- ное IN-RECT и выходное напряжение OUT-RECT, ток нагрузки PWR- OUT, напряжение заряда АКБ +24V-FET, состояние инвертора СН- ERR, температура) преобразуются в импульсный сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя последовательного типа IC10 (ADC0838), который затем поступает на вход Р2.6 микропроцессора IC12 и на вход DI (вывод 3 IC13) перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (EEPROM). Осуществляя последовательный анализ этих сигналов, микропроцес- сор выдает команды управления, причем с выходов порта Р2 происхо- дит корректировка выходного напряжения в режиме работы от сети. Так, например, при понижении/повышении входного напряжения в пределах 12% от номинального (информация о нем поступает с транс- 315
C Hl-t Ml НЮ И1 : иЧНИ>И (1И1ЛНИЧ ПК И ГМ ГИ'Н РИИ форматора Т1 и подключенному ко вторичной обмогкс Т1 выпрямите ля D18, D19, D20, С40) с вывода Р2.2/Р2.3 (н. 23/24) микропроцессор выдает команду BOOST/TRIM для управления реле RY3/RY2, с помо щью которой осуществляется согласное или встречное подключение до полнительной обмотки к шине выходного напряжения. Связь с главной ЭВМ осуществляется по порту РЗ, входная инфор мация поступает на вход РЗ.О. В случае поступления команды на oi ключение выходного напряжения источника IC12 с вывода Р2.4 выда ет команду SHUTDOWN на сброс нагрузки с помощью реле RY1. При длительном исчезновении напряжения сети, а также при пони жении выходного напряжения до уровня Uhom -12% с триггера Q54, Q55, Q56 на микропроцессор IC12 поступает сигнал АС-OUT, который посылает команду на включение инвертора. Для формирования выход ного напряжения близкого к синусоидальному с порта РО на цифро- аналоговый преобразователь IC15 поступает цифровой код синусоиды. Элементы IC11, Q51, Q52, Q53 образуют схему начальной установ- ки микропроцессора. Наличие встроенного слота SNMP позволяет рас- ширить возможности источника питания путем подключения дополни- тельных плат. При этом появляется возможность иметь прямое соединение с сервером при наличии адаптера Power Net SNMP, уп- равление до трех серверов с расширителем интерфейса ИБП, дистан- ционное управление от модема при помощи устройства Call-UPS Инвертор и схема заряда АКБ Режимы заряд и питание ИБП от АКБ реализуются микросхемами IC14, IC17. При питании от батарей осуществляется управление тран- зисторами инвертора. Выходной мостовой инвертор составного типа, который включает мощные выходные каскады на полевых транзисто- рах и драйверы для управления ими. Выходной каскад образуют поле- вые транзисторы Q9...Q14, Q19...Q24, а транзисторы Q27...Q37 являют- ся драйверами выходного каскада. 316
источники teem рулонного питания TRIPP LITE Omni Smart Компанией TRIPP LITE выпускаются модели источников беспере бойного питания OmniSmart, OmniPro, ВС Pro и ВС Personal, имеющие отсек аккумуляторных батарей и стандартный модуль инвертора, koi о рый управляется 8-разрядным микроконтроллером. Кроме того, рассм.'н риваемые модели Omni- содержат регулятор сетевого напряжения. В них моделях используются мониторинг и регулирование напряжения источ- ника сетевого питания защищаемой нагрузки. Если входное линейное напряжение выходит за рамки допустимого диапазона, то нагрузка ав юматически переключается на DC/AC инвертор, питающийся от акку муляторных батарей. Инверторы обеспечивают питанием защищаемую нагрузку 120 В/60 Гц или 230 В/50 Гц в зависимости от модели. Микроконтроллер сконфигурирован для работы в двух возможных моделях: ВС Pro INT 120 В/60 Гц или 230 В/50 Гц и OmniPro/OmniSmait INT 230 В/50 Гц (рис. 4.11, 4.12). Функции, описанные здесь, присут сгвуют во всех перечисляемых моделях. Модели ВС Pro не поддержи- вают функцию настройки сетевого напряжения, поэтому диапазон вход- ных напряжений, при которых обеспечивается зашита напряжения питания меньше, чем в моделях OmniPro/OmniSmart. Режимы работы Когда ко входу ИБП приложено сетевое напряжение, происходи! режим начальной установки источника, так называемый режим Start Mode. В этом режиме осуществляется контроль за напряжением сети и аккумуляторной батареи. Режим Start Mode (источник включен в сеть и инвертор выключен) сохранится до тех пор, пока сетевое напряже- ние не превысит уровень Low-line reset в течение 3-х секунд. Если это условие выполняется, то источник переходит в режим Line Mode и в нагрузку выдается установленное напряжение. В режиме Line Mode контролируется состояние системы сеть-бата- рея и осуществляется заряд внутренних батарей. Если напряжение сети вышло из диапазона (моделей OmniPro/OmniSmart), то для коррекции заданного уровня выходного напряжения используется понижающий (или повышающий) трансформатор. Если же сетевое напряжение на ходится вне диапазона коррекции включается режим Inverter Mode. В моделях ВС коррекция сетевого напряжения не осуществляется. При переходе ИБП в режим Inverter Mode нагрузка подключается к батарейному питанию и заряд батарей не производится. В этом же 31/
ч НИМ'НН I' И- ' »ЧНИ*ИГ1И1АН I I IK и 111 ГИГ'» «ИИ режиме происходит контроль батарей и сетевого напряжения. Koi да батарейное напряжение достигнет минимального уровня раздастся сш пал LOBAT. При батарейном питании ниже минимального уровня инвертор выключается и блок переходит в режим Start Mode. Если входное напряжение превысит уровень Low-line reset в течение 3 с, источник включит корректирующий трансформатор и произойдет об- ратный переход в Line Mode. Состояние блока отображается тремя светодиодами и звуком. Зеленый светодиод индицирует работу ИБП в режиме Line Mode и кроме того, зеленый светодиод индицирует действие задержки понижения/повы шения в моделях OmniPro/OmniSmart. Желтый светодиод включается во время предупреждения о разряде батарей (LOBAT). Красный светодиод загорается и звучит прерывистый звуковой сигнал с часто- той 1 с во время Inverter Mode. Соответствие режимов работы ИБП сетевому напряжению OmniPro/OmniSmart ВС Pro/ ВС Pers Точка Напряжение В/Гц Точка Напряжение В/Гц D LoLine Set 170,0/50 LoLine Set 183,0 B/50 LoLine Reset 178,5/50 LoLine Reset 192,0 B/50 Boost Set 191,0 /50 HiLine Reset 244,Q B/50 Boost Reset 200 6 /50 HiLine Set 257,0 B/50 Cut Reset 240,0 /50 Cut Set 253,1 /50 HiLine Reset 262,0 /50 HiLine Set 275,8 /50 1 . Напряжения батарей для ИП 1 Модификация Модель Напряжение батареи, В H Cab ВС Personal 200 & 280 12 К Cab OmniPro/OmniSmart 280 до 675 ВС Pro 450 до 675 12 F Cab OmniPro/OmniSmart 850 ВС Pro 850 18 G Cab OmniPro/OmniSmart 1050 OmniPro/OmniSmart 1400 BC Pro 1050 BC Pro 1400 24 30 24 30 P Cab Super OmniPro 1400 Super OmniPro 1000 Euro 36 18 Информация об аккумуляторах Аккумулятор Размеры Напряжение Вес, кг 98-0120 6,87x4,87x6,5 12 В, 24 Ач 22 98-0127 3,75x1,25x5,87 6 В, 6,5 Ач 3 98-0129 7,25x4,87x7,63 12 В, 33 Ач 24 98-0140 4x2,9x5,87 12 В, 7,2 Ач 6 98-0141 3,87x2x5,87 6 В, 12 Ач 6 98-0143 5,25x1,98x2,75 6 В, 5 Ач 2 98-0144 4,25x1,75x3,62 12 В, 5 Ач 4 318
Кратковременное включение (TEST/ MUJT) запускае! шести Ьундный тест инвертора, который включается из режима I inc Mode При пом звуковой сигнал может отсутствовать в режиме Inverter Mode. Звуковой сигнал может появиться во время работы инвертора при условии разряда батарей. Включение блока возможно всномсна и- |ьным выключателем SWX1. Индикация состояния источника питания может обеспечиваться дичанционно посредством изолированного LAN-порта. Через этот порт возможно также выключение инвертора. Мониторинг батарей- ного напряжения осуществляется во всех режимах работы. Сигнал LOBAT (аккумуляторные батареи разряжены) звучит при батарейном напряжении в Line или Test режимах меньше 11 В или в Inverter Mode меньше, чем 10,66 В. Сигнал также предупредит, когда батарейное напряжение станет на 0,5 В выше установленного напряжения. Если же батарейное напряжение в Inverter Mode меньше чем 9,6 В, то блок перейдет в режим Start Mode. В табл. приведены значения на пряжений установки режимов работы ИБП. Структура ИБП серии OMNI (TRIPP LITE) 319
Структура ИБП серии SMART HI (TRIPP LITE) Выключатель заряда батарей (COFF) управляется микроконтрол- лером. В режимах Line или Start Mode выключатель включен, если напряжение на батареях меньше 13,6 В и выключается, когда напря- жение больше 13,8 В. Во всех остальных режимах заряда батарей не происходит. В рабочем режиме поддерживается среднее значение 13,7 В ±0,8%. 320
Глава 12 Управление электропитанием 11 Зак. 1021
12.1. Что это такое и зачем оно нужно В этом разделе мы с вами поговорим о возможностях управления электро- питанием и электросбережением, реализованных в системах Windows ХР/ Vista. Итак, изначально требования к программному и аппаратному обеспе- чению по управлению электропитанием и энергосбережениию были обозна- чены в промышленной инициативе OnNow. Смысл этой инициативы состо- ял и состоит в том, чтобы компьютеры были в любой момент максимально готовы к работе. То есть, например, за минимальное время переходили из рабочего состояния в отключенное и обратно. Системы Windows 2000 и Windows XP/Vista в меру своих возможностей этим требованиям удовлет- воряют. Однако для эффективной работы необходимо, чтобы этим требованиям удовлетворяло оборудование, используемое в составе компьютера. Причем это касается как каждого отдельного устройства, так и всего компьютера це- ликом. Тем не менее по поводу этого сомневаться не извольте, все современ- ные устройства (выпущенные в течение нескольких последних лет) данным требованиям удовлетворяют. В целом же можно выделить следующие преимущества эффективного уп- равления электропитанием: • Интеллектуальное поведение системы в плане обеспечения элект- росбережения. Что особенно актуально для ноутбуков • Минимальное время на запуск и останов компьютера. В современ- ных компьютерах реализован так называемый «спящий режим» с 322
минимальным кол и чет том потребляемой .шект|Х).)нер| ни и мн нимальиым количеством работающих устройств компьютера При этом выход из спящего «режима» происходит очень быстро. Гакпм образом, если вы много работаете па компьютере, но вам приходи н м делать перерывы в работе, вам не надо будет постоянно включат/ выключать компьютер. При простое компьютер автоматически бу дет переходить в «спящий» режим, быстро выйти из которого он ю тов в любой момент. В результате компьютер не будет отключен, по также не будет находиться в полнофункциональном режиме, когда работают все устройства. Как минимум это позволит продлить срок их эксплуатации и избежать перегрузок. • Снижается риск потери данных при простое включенного компьюте- ра, так как при переходе в «спящий режим» данные резервируются. • Понижается шум от компьютера. • Достигается более высокий уровень взаимодействия устройств. 1(адеюсь данный список убедил вас серьезно отнестись к вопросу управле- ния электропитанием. И за сим продолжим. 12.2. Стандарт ACPI и его возможности Стандартом, который реализует OnNow и используется в настоящее вре- мя, является стандарт ACPI. До 1997 г. использовался стандарт АРМ, но он морально устарел и более не применяется. Стандарт ACPI является плодом совместных усилий Intel, Toshiba и Microsoft, а расшифровывается аббреви- атура ACPI как Advanced Configuration and Power Interface — расширенный интерфейс конфигурирования компьютера и управления питанием. На базе ACPI построен любой современный компьютер на аппаратном уров- не. Причем, кроме электропитания, стандарт ACPI регламентирует еще целый ряд параметров управления компьютером. В общем случае можно выделить следующие вопросы, решаемые операционной системой в рамках поддержки стандарта ACPI (при этом некоторые из них перехватываются у BIOS): • Управление питанием системы - контроль над включением/выклю- чением системы и переходом ее в «спящий» режим. • Управление питанием устройств - регулируется питание всех уст - ройств, установленных в компьютере. Осуществляется управление режимами питания устройств в зависимости от настроек и потреб ностей операционной системы. 323
• Управление питанием процессора - при простаивании компьютер.) ACPI позволяет переводить процессор в энергосберегающий режим • Управление технологией Plug and Play - осуществляется нас троп кз вновь подключенных PnP-устройств. При этом, если какое-либо из устройств отключается, то автоматически определяется круг оста в шихся устройств, которые были связаны с удаленным устройством и/или зависели от него. Далее производится перенастройка остав шихся устройств. • Контроль температуры - производится контроль температуры с вы работкой ответной реакции в случае перегрева устройств. • Контроль заряда батарей - имеет смысл для ноутбуков. При этом производится мониторинг заряда батарей с указанием времени, ос- тавшегося для работы при таком заряде. В случае необходимости пе- резарядки батарей на экране выдается сообщение об этом. • Контроль над кнопками «Powei» и «Reset» на корпусе компьюте- ра - позволяет сопоставить кнопкам «Power» и «Reset» функции, от- личные от традиционных. Так, например, вы можете сделать, чтобы нажатие на кнопку «Power» приводило не к выключению компьюте- ра, а лишь к переводу его в «спящий» режим. • Поддержка динамической конфигурации устройств - используется для устройств, поддерживающих так называемую «горячую замену». Когда установка и замена таких устройств производится без выклю- чения питания компьютера. Причем операционная система начнет использовать такие устройства, не требуя перезагрузки. 12.3. Настройка управления электропитанием. Схемы управления питанием Управление электропитанием в Windows ХР Настройка параметров управления электропитанием в Windows ХР произ- водится в диалоговом окне Свойства: Электропитание (рис. 18.1). Вызвать это окно можно, выбрав Пуск -> Панель управления Производитель- ность и обслуживание Электропитание. Если вы используете классичес- кий вид Панели управления, то просто перейдите в нее и дважды щелкните мышкой по значку Электропитание. 324
Рис. 18.1. Диалоговое окно Свойства: Электропитание Первое, что вам предлагается выбрать, - это схему управления питанием. Всего вам на выбор предлагается шесть таких схем, каждую из которых вы впоследствии сможете модифицировать по своему усмотрению: • Домашний/настольный - здесь подразумевается, что ваш компью- тер постоянно подключен к электросети и вы не особо заботитесь об энергосбережении. Предлагается минимальное действие - в случае простоя компьютера в течение 20 мин. будет отключен монитор. • Портативная - При выборе этой схемы отключение монитора будет произведено уже через 15 мин. простоя, а через 30 мин. буду отклю- чены диски. При всем при этом перевод в «спящий» режим происхо- дит через 20 мин., а в «ждущий» - через 3 часа простоя. Подробнее о «спящем» и «ждущем» режиме сказано чуть ниже. • Презентационная - этот вариант предназначен для тех случаев, koi да необходимо, чтобы монитор и компьютер постоянно работали и ни в какие-то там «спящие» и «ждущие» режимы не переходили. • Включен постоянно - несмотря на свое название все-таки произво дит отключение монитора через 20 мин. простоя. 325
иилтлгнные ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЙ I IK И (И 1'ИФ< »Ф1И • Диспетчер энергосбережения - здесь будет отключен монитор че рез 15 мин. простоя. • Экономия батарей - через 15 мин. простоя будет отключен монитор, переход в ждущий режим осуществляется через 20 мин, а через 45 мин. вступает в силу «спящий» режим. Выберите подходящую вам схему. Но на самом деле каждая из схем пред ставляет собой лишь один из наборов определенных настроек (времени о i ключения монитора, дисков, перехода в «ждущий» и «спящий» режимы). Вы же можете непосредственно сами произвести эти настройки, выбрав любую из схем. Так что, по большому счету, смысла в нескольких схемах нет. Настройка времени отключения монитора и дисков, а также времени пе- рехода в «ждущий» режим осуществляется непосредственно в том же окне Свойства: Электропитание, а также на вкладке Дополнительно этого окна. Причем, обращаю ваше внимание, что использовать спящий режим можно только в том случае, если это было разрешено - на вкладке Спящий режим установлен флажок Разрешить использование спящего режима. Подробнее на самих режимах («спящем» и «ждущем») мы остановимся в п. 12.4 данной главы. Управление электропитанием в Windows Vista В Windows Vista предусмотрены более развитые инструменты управления электропитанием и энергопотреблением компьютера. Чтобы перейти к на- стройкам электропитания в Windows Vista следует выбрать Пуск -> Панель управления Электропитание. В результате на экране появится диалого- вое окно, показанное на рис. 12.2. В этом окне вам предлагается на выбор несколько предусмотренных изна- чально режимо энергопотребления: • Сбалансированный. • Экономный. • Рассчитанный на максимальную производительность. Выбор одного из них осуществляется установкой переключателя в соот- ветсвующее положение. Чтобы просмотреть/изменить настройки того или иного режима, следует выбрать его, а затем щелкнуть мышкой по ссылке Из- менение параметров плана. При это будет открыто новое диалоговое окно 326
. П*„ОЛЯП. «1 • >п> план эле» *ротт кия Выберите план электропитания Планы электропитания используются для оптимизации производительности компандера или экономии электроэнергии. Чтобы сделать план активным, выделите его, либо выберите план и настройте его, изменив параметры электропитания. Дополнительные Сведения U пламм электропитания • ч<ть дисплей Основные план I пжыяй режим ® Сбалансированный Изменение параметров плана Энергосбережение: ••• Производительность: ••• © Экономия энергии Изменение параметров плана Энергосбережение: Производительность: •• © Высокая производительность Изменение параметров плана Энергосбережение: •• Производительность: •••••• "ЗЛИ . •г - .«за. йен ГЦ?дь5О8§>< -*м Рис. 12.2. Диалоговое окно Электропитание в Windows Vista Отключать дисплей: Изменить дополнительные параметры питания Восстановить для плана параметры по умолчанию [ Сохранить изменения О Л Переводить компьютер в спящий режим: 1 ч Рис. 12.3. Настройки плана энергопотребеления в Windows Vista Изменение параметров плана: Сбалансированный Выберите параметры спящего режима и параметры дисплея для этого компьютера. 327
1 ’ <11 Ml HHI ' И- T 1ЧНИКИ ПИТАНИЯ ПК И П1 РИФ1 РИИ (см.рис. 12.3), в котором вы сможете настроить такие параметры, как: • Время, через которое системой должен быть отключен дисплей в случае отсутвия активности пользователя. • Время, через которое система и компьютер должны быть переведены в спящий режим в случае отсутвия активности пользователя. Кроме того, в Windows Vista вы можете настроить еще множество дополни тельных параметров электропитания (питание USB-устройств, время, через которое нужно отключать жесткий диск и.т.п). Для этого следует щлкну гь мышкой по ссылке Изменть дополнительные параметры электропитания. В появившемся диалоговом окне вы и сможете проивести необходимые из менения (см. рис. 12.4). Там же можно включить или отключить запрос па роля при пробуждении компьютера из спящего режима. Рис. 12.4. Дополнительные настройки энергопотребеления в Windows Vista 12.4. Режимы энергопотребления Спящий РЕЖИМ Перевод компьютера в «спящий» режим (по англ, hibernate) фактически оз- начает его выключение, но с одной очень интересной особенностью После следующего запуска системы будет продолжено выполнение всех программ (причем с теми же данными и с того же места), которые работали на момент перехода в «спящий» режим. 328
Hoi наглядный пример: если вы смотрели фильм па комиыо1сре и пык ночи in компьютере переходом в «спящий» режим, то при последующем включи нии показ фильма будет продолжен точное того места, на котором ироилош ю отключение компьютера. Замечательно, нс правда ли? Осталось только выяснить, как этот «финт» проделать. А здесь нет ничего сложного. Чтобы выключить компьютер с переводом в < пящий режим выберите Пуск + Выключение, а затем нажмите па клавишу • Shift» на клавиатуре. В результате подпись кнопки Ждущий режим сме нится на Спящий режим. Вот на нее-то и нужно нажать, удерживая клавишу •Shift». Примечание. Смены подписи не будет происходить, если вы не установили флажок Разрешить использование спящего режима на вкладке Спящий режим диалогового окна Свойства: Электропитание. При переходе в «спящий» режим Windows ХР сохраняет содержимое опера тивной памяти на жестком диске (в файле hiberfil. sys), а при последующей ;<агрузке снова восстанавливает содержимое оперативной памяти. Именно таким образом и реализуется как бы «непрерывная» работы системы, как будто никакого выключения не происходило. Я думаю, понятно, что для сохранения содержимого оперативной памяти должно быть достаточно свободного места на диске. О том, сколько его тре- буется в вашем случае, можно узнать на вкладке Спящий режим диалогово- го окна Свойства: Электропитание. Причем созданный файл hiberfil.sys потом нельзя будет ни скопировать ни удалить до тех пор, пока вы не отклю чите разрешение использовать «спящий» режим. В связи с использованием «спящего» режима необходимо всегда помнить одно правило. НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ НЕ ЗАГРУЖАЙТЕ ДРУГУЮ ОПЕ- РАЦИОННУЮ СИСТЕМУ, ЕСЛИ ВЫ ДО ЭТОГО ВЫКЛЮЧИЛИ КОМПЬЮТЕР В «СПЯЩИЙ» РЕЖИМ. Дело в том, что в файл hiberfil. sys, помимо содержимого оперативной памяти записывается информация о состоянии файловой системы. Если же вы будете использовать другую one рационную систему, за время пребывания Windows ХР в «спящем» режиме1 файловая система претерпит изменения. По возвращении же из «спящего» режима Window ХР будет воспринимать файловую систему в том состоя нии, которое записано в файле hiberfil. sys. Таким образом некоторые дан иые могут быть утеряны или повреждены. Следует также отметить, что иногда Windows ХР вместо перехода в «спя щий» режим может просто перезагрузить компьютер. Такое странное но 3
ведение может быть обусловлено некорректно работающим драйвером какого-либо из устройств. Выяснить, какой конкретно это драйвер, можно следующим образом. Выберите Пуск -> Панель управления Производи тельность и обслуживание Система (или, если вы используете класси ческий вид панели управления - просто выполните двойной щелчок мышью по значку Система). После этого на экране появится диалоговое окно Свойства системы, в кото ром необходимо перейти на вкладку Дополнительно и в области Загрузка и восстановление нажать на кнопку Параметры. В итоге вы будете возна граждены появлением на экране диалогового окна Загрузка и восстановле- ние (рис. 12.5). Рис. 12.5. Диалоговое окно Загрузка и восстановление В окне Загрузка и восстановление проследите, чтобы был установлен фла- жок Записать событие в системный журнал, и снимите флажок Выполнить автоматическую перезагрузку. Далее вам остается снова попытаться пере- вести компьютер в «спящий» режим. При этом на экране появится конкрет- ная информация об ошибке, что и позволит выявить ее причину. Ждущий РЕЖИМ В «ждущем» режиме из всех устройств в рабочем состоянии остается лишь оперативная память. Таким образом, по сравнению со «спящим» режимом, во-первых, гораздо быстрее происходит переход компьютера в работоспо- собное состояние, а во-вторых, не требуется дополнительного свободного места на диске под хранение содержимого оперативной памяти. 330
В io же время «ждущий» режим не является полное ri>io.)iiepioii(\Mnih имым необходима электроэнергия для работы оперативной памяти Cooihcii । вен 1 io в случае сбоя в подаче электричества ее содержимое бу де г у i ранено Таким образом, использовать ждущий режим рекомендуется лини, па пгнро доджительные промежутки времени: от нескольких десятков минут до п< скольких часов. Переход в «ждущий» режим можно осуществлять вручную, а можно где лать так, чтобы это происходило автоматически по истечении некоторою В|х?мени простоя компьютера. Первое можно проделать, выполнив Пуск Выключение -> Ждущий режим. Что касается автоматического перехода в •ждущий» режим, то он настраивается вкладке Схемы управления элект|ю- питанием диалогового окна Свойства: Электропитание (рис. 12.5). Сравнительный анализ спящего и ждущего режимов Сравнительный анализ «спящего» и «ждущего» режимов представим в виде таблицы (см. табл. 12.1). Таблица 12.1. Сравнение спящего и ждущего режимов Показатель «Спящий» режим «Ждущий» режим Использование электроэнергии Нет Да Отключение компьютера Да Нет Дополнительное дисковое пространство Да Нет Сохранность данных при отключении электро- энергии во время пребывания в режиме Да Нет Быстрый переход в режим Нет Да Быстрый выход из режима и восстановление полной работоспособности компьютера Нет Да Рекомендуется при кратковременном простое компьютера Нет Да Рекомендуется при долговременном простое компьютера Да Нет 331

Приложение (схемы, дополнительная информация и т.п.)
□ 'H/frZHTH OfVM и П99ХЭ oendAixAdio (S) 30WOOS О" c »mQ виды корпусов ИМС TOP247Y, R, F - СП
I It I t MlHHI.il И' T 'ЧИИ* и П* ’1'НИ** ПК И П| ГИРИ ИИ Назначение выводов ИМС ТОР247 Название вывода Функциональное назначение Описание D (Drain) Вывод стока мощного транзистора MOSFET В микросхеме к этому выводу также подключены схема питания «плавного запуска» и схема ограничения тока. С (Control) Вход сигнала обратной связи и авторестарта. Через этот вывод поступает сигнал на усилитель ошибки параллельного регу- лятора и схему «плавного запуска». L (Line-Sense) Контроль линии питания. Вывод подпитки микросхемы от входной линии. Является входом схемы мониторинга питания UV/OV (определение пониженного/повышенного входного напряжения). Через этот вывод может осуществляться управление включением-выключением и синхро- низация работы двух и более микросхем. Для отмены всех функций на данном выводе, последний подклю- чается к выводу S. X (EXeternal Current Limit) Внутреннее ограничение тока Вход для внутренней схемы ограничения тока. Через этот вывод может осуществляться управление включением-выключением и синхронизация работы двух и более микросхем. Для отмены всех функций на данном выводе, последний подключается к выводу S. M (Multi-Function) Многофункциональный Данный вход дает возможность комбинировать функциями выводов L и X. Для отмены всех функций на данном выводе, последний подключается к выводу S. F (Frequency) Управление частотой Вход выбора тактовой частоты внутреннего генератора. При соеди- нении с выводом S - тактовая частота 132 кГц, при соединении с выводом С - 66 кГц. S (Source) — 1 1 1 " • b Вывод истока мощного транзистора MOSFET 336
lUHZbO (ОДНОТАКТНЫИ ШИМ-КОНТРОЛЛЕР С ВСТРОЕННЫМ MOSFET-транзисторм) 337
GOIU4 М1 Н1«ЫГ К ЮЧНИКИ ПИТАНИЯ ПК И ГИРИФН’ИИ Назначение выводов ИМС ТОР266 Название вывода Функциональное назначение Описание D (Drain) Вывод стока мощного транзистора MOSFET В микросхеме к этому выводу также подключены схема ограничения тока и регулятор заряда байпасной емкости ВР (Bpass) Вывод подключения байпасной емкости. Уровень напряжения на данном выводе должен составлять 5,8В. При уменьшении напряжения до 5,1 В микросхема отключается. EN/UV (ENable/ UnderVoltage) Разрешение/Контроль пониженного напряжения. Вывод является входом сигнала обратной связи. Кроме этого вывод используется для мониторинга входной цепи питания на предмет пониженного напряжения. S (Source) Вывод истока мощного транзистора MOSFET 338
FbUM-Я I—————— (ОДНОТАКТНЫИ ШИМ-КОНТРОЛЛЕР С ВСТРОЕННЫМ SFET-транзисторм) --- CN Структурная схема и виды корпуса ИМС FSDM311 339
I .11 М'ННи И’ • ЧНИКИ ПИ1АНИ-1 ПК И 111 ГИФ1 *‘ИИ Назначение выводов ИМС FSDM311 Название вывода Функциональное назначение Описание 1 (GND) Общий вывод Вывод истока мощного транзистора SFET Является общей точкой всего источника со стороны сети (первичной стороны). 2 (Vcc) Вход положительного напряжения питания Внешне этот вывод подключается к дополнительной обмотке импульсного трансформатора, обеспечивающий питание микро- схемы. Вывод также является входом схемы мониторинга цепи питания. 3 (Vfb) Вход обратной связи При штатной работе уровень сигнала на данном выводе должен находиться в пределах 0,5...2,5В. 5 (Vstr) Вход цепи запуска Внешне вывод подключается к выходу выпрямительного моста. В момент пуска через этот вывод заряжается конденсатор цепи питания, подключенный к выводу 2 (Vcc). При достижении на конденсаторе напряжения 9В вывод 5 цепь питания через вывод 5 отключается внутренним ключом. 6,7,8 (Drain) Вывод стока мощного транзистора SFET 340
ьиоIUJ---------- (двухтактный ШИМ-контроллер) Структурная схема ИМС SG6105 341

kxl FlUUK /miupui JHUI----------------------------------------------------- I Мюллер С Mviepnn 1.щич и :^m(>hi ПК • 'Ищчнн» Пер > пргп К /^и'гздги*», JUV7 У/П< 9 ГипотюпА.В .Любицкийв.Б Блокипипвгиядлясисюм-ныхмодуле гипшЮМРС'КТ/АТ М Пгщн11199Д .1 Кучеров Д.П. Источники пишния mohhioi мmi СПб, 2001, - 240 с. 4 СгепаненкоО.С. Техническое обслуживание и ремонт IBM PC. — К : Диалектика, 1994 1921 5 Куличков В. А. Импульсные блоки питания для IBM РС.—М. ДМК, 2000. — 120с Л Сергеев Б. С. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного электропитания Ст >чн,* М Рйщио и связь, 1992. — 224 с. 7, Эреносян С.А. Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями. Л.: Энергии томи, щит А ниш р Отд-ние, 1991.— 176 с. Н Симметрон. Электронные компоненты. Каталог. Октябрь 2000. О Сондак С., Ефименко С. Микросхема IL494//Радиолюбитель, № 1,2000. — С. 40-41. 10 Иванов В.С., Панфилов Д.И. Компоненты силовой электро- ники фирмы MOTOROLA. — М.:ДОДЭКА, 199В 1441 т1. Рецепты. Ваш компьютер. Минск. №2. — 2000. — с. 34. 12. Гончаров Ю., Орехов А. Источники питания конструктива АТХдля компьютеров// Ремонт электронной техники №1, 1999. — С. 21...23. 13. Дьяконов В., РемневА., СмердовВ. Корректоры мощности//Ремонт и сервис №12, —2000 —С. 53. 56 14 www.infmeon.com. TDA 16888.pdf 15. www.ti.com. TL494. pdf 16. www.fujitsu.com. MB3759.pdf 17. www.motorola.com. TL494.pdf 18. www.samsung.com. KA7500B.pdf 19. Панфилов Д., ПоляковВ., Барышников А. Применение комбинированного контроллера TDA16888 в типовых источниках питания//Инженерная микроэлектроника. Март, —2000.— С. 63.. .67. 2С Сиротин П. Неисправности схем защиты источников питания персональных компьютеров//Ремонт и серник №4,2000. — С. 29,30. 21. Сиротин П. Неисправности преобразователя источников питания персональных компьютеров//Ремонт и { сервис, №5,2000. — С. 21,22. 22. Сиротин П. Неисправности цепей запуска источников питания компьютеров//Ремонт и сервис, №7,2000. — С 29 23. Сиротин П. Неисправности источников питания компьютеров//Ре-монт и сервис, №9.2000. — С. 40...42. 24. Сиротин П. Источников питания компьютеров. Неисправности цепей формирования сигнала POWER GOLD// Ремонт и сервис, №12,2000. — С. 25,26. 25. Сиротин П. Неисправности схем преобразователей дежурного питания компьютеров, серверов и видеомониторов/ Ремонт и сервис, №3, —2001. — С. 27,28. 26. СадченковД. Тестирование радиоэлементов//Ремонт и сервис, №3,4,2000. 27. Бараш Л. Минэнерго предупреждает: работа без ИБП опасна для ваших данных//Компьютерное обозрение №3, 2000.-С. 14... 19. 28. Сирота В. Ситечко для сети//Мой компьютер, №12(131), 19.03-26.03.2001. —С. 21,22. 29. Воробьев В. Дисковые варисторы фирмы EPCOS(S+M). Вопросы и отвегы//СЬ1р News, №8(51), 2000. — С. 58,59 30. КуневичВ.Н., Сидоров И.Н. Индуктивные элементы на ферритах. Ферритовые сердечники в узлах радиоаппаратуры. Справочник домашнего мастера. СПб: Лениздат. 1997. —408 с. 31. Кислотно-свинцовыеаккумуляторныебатареиширокопопримене-ния//Радио, №12, —2000. С.43,44,№1.2000 —С. 45 32. NP senes sealed rechargeable lead-acid battery. Application manual. — YUASA, Inc. — Rev.5/2000. —28 c. 33. TRIPP UTE power protection, international Service Manual208/220/230/240B.—Chicago, Illinois60610. —August 1997 34. Victron Ute ups computer power supply. Maintenance and operating manualUte250/400/600/800/1OOO/1500. — Victron BV. — Groningen, The Netherland. 35. Проничев H. Характерные неисправности источника бесперебойного питания AF-400T-50 //Ремонт и сервис № 7 2000.-С. 35,36. 36. Писарев Е. Источники бесперебойного питания Возможные неисправности и их устранение//Ремонт и сервис №10,2000.-С.27...29. 37. РодинА. Советы по ремонту источников бесперебойного питания// Ремонт и сервис, №4,2001.—С. 26...28. 38. Френк Дж. Дерфлер, Мл. Какой мощности выбрать компьютер 39. Кучеров Д.П. Источники питания системных модулей: общие сведения//Радиоаматор, №9,2001 —С. 34,35. 40. Кучеров Д.П. Источники питания системных модулей: элементная база//Радиоаматор, — №11, 12,2001. 41. Яблонин Г. Конструкция и ремонт источников бесперебойного питания фирмы АРС//Ремонт электронной техники, №4,5,2001. 42. Источник бесперебойного питания230 VAC Руководство для пользователя, www.apcc.com. 43. www.mitsubishichips.com. M51957A.PDF 44. Сидоренко Ю. Програмное управление ИБП: №48(267), 2000. 45 Ягофаров Т. Коллективные средства защиты. (267), 2000.