Джерело чергової напруги. Схеми. Принцип роботи.

Матеріал з ROM.by.

Напруга + 5VSB, що виробляється цим джерелом, надходить на роз'єм блоку живлення для материнської плати (фіолетовий провід, 9-й контакт 20-ти контактного роз'єму ATX). Використовується для живлення материнської плати, USB (не завжди), а також для живлення всієї іншої начинки БП. Існують різні способи реалізації даного вузла БП: на дискретних елементах або інтегральних мікросхемах.

РОЗГЛЯНЕМО РІЗНІ СХЕМИ ДЖЕРЕЛ ЧЕРГОВОГО напруги:

Блокінг-генератор

Джерело чергової напруги найчастіше виконується у вигляді однотактного імпульсного перетворювача за відомою схемою блокінг-генератора. Основою даного способу реалізації джерела є підсилювач з позитивним зворотним зв'язком.

приклад 1

На рис. 1, як приклад, представлена ​​схема джерела чергової напруги БП MaxUs PM-230W. Харчується дане джерело через струмообмежувальні резистор R45 від 310 вольт, прямо з діодного моста. Має свій, імпульсний трансформатор Т3 з чотирма обмотками:

  • дві первинні: основна і допоміжна обмотка (для зворотного зв'язку).
  • дві вторинні: з першої знімається напруга від 15 до 20 вольт для живлення начинки БП, а з другої - напруга для виходу + 5VSB.

Напругою першої вторинної обмотки живиться ШІМ-контролер TL494 (через резистор невеликого номіналу - близько 22Ω). З другої запитана материнська плата, миша, USB. Після подачі на базу транзистора Q5 початкового зсуву за допомогою резистора R48, завдяки ланцюжку позитивного зворотного зв'язку на елементах R51 і C28, схема переходить в автоколебательний режим. В даній схемі частота роботи перетворювача визначається, в основному, параметрами трансформатора T3, конденсатора C28 і резистора початкового зсуву R48. Для контролю рівня вихідної напруги є ланцюг негативного зворотного зв'язку. Якщо негативна напруга з допоміжною обмотки Т3 після випрямляча на елементах D29 і С27 перевищує напруга стабілізації стабілітрона ZD1 (16V), воно подається на базу транзистора Q5, тим самим забороняючи роботу перетворювача. Резистор R56 номіналом 0.5Ω в емітерний ланцюга Q5 є датчиком струму. Якщо струм, що протікає через транзистор Q5, перевищує допустимий, то напруга, що надходить через резистор R54 на базу Q9, відкриває його, тим самим закриваючи Q5. Ланцюг R47, С29 служить для захисту Q5 від викидів напруги.

МалМал.1

- схема джерела чергової напруги БП MaxUs PM-230W.


Вихідна напруга джерела + 5VSB формується інтегральним стабілізатором U2 (PJ7805, LM7805). З одного з вторинних обмоток Т3 напруга в 10V після випрямляча на D31 і фільтра на С31 надходить на вхід інтегрального стабілізатора U2. Напруга з іншого вторинної обмотки Т3 після випрямлення D32 і фільтрації C13 живить ШІМ-контролер (TL494).

приклад 2

Існує ще один варіант реалізації даного джерела, але вже на одному транзисторі. Як приклад на рис. 2 представлена ​​схема джерела чергової напруги БП Codegen (шасі: CG-07А, CG-11).


Мал.2

- схема джерела чергової напруги БП Codegen (шасі: CG-07А, CG-11).

В даній схемі відсутній другий транзистор і резистор датчика струму. Інші номінали елементів: резистори початкового зсуву (R81), ланцюга зворотного зв'язку (R82, C15). Ланцюг негативного зворотного зв'язку працює так само, як в попередній схемі. Якщо негативна напруга з допоміжною обмотки Т3 після випрямляча на елементах D6, С12 перевищує напруга стабілізації стабілітрона ZD27 (6V), воно подається на базу транзистора Q16, тим самим забороняючи роботу перетворювача. Вихідні ланцюги реалізовані так само, як і в попередній схемі.

приклад 3

На малюнку 3 представлена ​​схема джерела чергової напруги БП IW-ISP300A3-1. Відзначимо, що дана схема має вельми сильну схожість зі схемою чергового режиму БП IW-P300A2-0, за винятком деяких дрібниць. Таким чином, все сказане нижче буде в більшості своїй справедливо для обох схем. Отже, ми маємо силовий ключ Q10 і каскад зворотного зв'язку зібраний на Q9, U4, а так само використовує ресурси ШІМ SG6105D (Вбудований керований прецизійний шунт TL431).


Мал.3

- схема джерела чергової напруги БП IW-ISP300A3-1.

Принцип роботи:

Резистори R47 і R48 подають початковий зсув на Q10, запускаючи схему в автоколебательний режим роботи. При цьому, в уникненні пробою Q10, фіксується максимальна напруга на його затворі, за допомогою стабілітрона D23 (18В). Дана схема має негативний зворотний зв'язок по току. Максимальний струм через силовий транзистор Q10 обмежують струмові резистори R62 і R62A. Напруга з цих резисторів через R60 подається на базу Q9 і по досягненню максимального струму Q9 відкривається, тим самим закриваючи Q10 і зупиняючи подальше зростання струму. Негативний зворотний зв'язок по напрузі реалізована наступним чином: Під час роботи напруга, що формується додатковою обмоткою Т3, випрямляється D22 і фільтрується С34. При збільшенні вихідної напруги понад 5В на 13 ніжці U3 досягається напруга спрацьовування вбудованої TL431 (2,5 В), що формується подільником на елементах R58 і R59. Відбувається шунтування катода діода оптопари U4 на землю і через нього починає протикает ток по ланцюгу + 5VSB, діод U4, R56, TL431. Транзистор оптопари відкривається, шунтуючи напруга зворотного зв'язку (сформований на С34) на базу транзистора Q9. Транзистор відкривається, закриваючи Q10 і забороняючи генерацію.

Слід зазначити, що з метою максимально знизити собівартість БП (це відноситься до всіх схемами БП, але в більшій мірі до другої), фірми-виробники часто встановлюють в джерелі чергової напруги малогабаритні компоненти, що працюють на межі, а часто - і з перевищенням своїх електричних характеристик. У зв'язку з цим, після нетривалого часу роботи ці елементи виходять з ладу.

ІНТЕГРАЛЬНІ МІКРОСХЕМИ

Джерело чергової напруги також може бути реалізований на різних мікросхемах. Розглянемо кілька прикладів релізації:

Приклад 1 - TOPSwitch

На малюнку 4 представлена ​​схема чергового джерела живлення, в основі якої лежить ІМС компанії Power Integrations, Inc. - так званий TOPSwitch. Це перше покоління даних ІМС.

Мікросхема має на борту такі вузли:

  • Високовольтний N-канальний КМОП-транзистор з відкритим стоком;
  • Драйвер управління цим транзистором;
  • ШІМ-контролер з внутрішнім генератором на 100кГц;
  • Високовольтна ланцюг початкового зсуву;
  • Підсилювач помилки / регульований шунт;
  • різні ланцюги захисту.

Мал.4

- Схема джерела чергової напруги БП Delta Electronics DPS-260-2A.

По суті, це перетворювач, який має власні ланцюги запуску і лінійну залежність скважности вихідних імпульсів від вхідного струму зворотного зв'язку.

Напруга на ніжці CONTROL є живильним або завданням з ланцюгів зворотного зв'язку. Поділ сигналу зворотного зв'язку від ланцюгів контролю харчуванням відбувається з використанням внутрішніх ланцюгів ІМС і зовнішнього конденсатора С51, що стоїть безпосередньо біля ІМС.

У початковий момент часу внутрішній високовольтний джерело струму комутується між ніжками CONTROL і DRAIN. Живлячи ІМС, він також через R51 заряджає зовнішній конденсатор C51. При досягненні напруги 5.7V на конденсаторі, джерело струму відключається, активуючи ШІМ і схему управління силовим ключем. ШІМ-контролер запускається в роботу з мінімальною скважностью вихідних імпульсів. Відбувається розряд С51. В процесі розряду відбувається збільшення шпаруватості вихідних імпульсів і, відповідно, вихідної напруги. З додатковою обмотки Т2 приходить напруга ООС (негативного зворотного зв'язку). Минаючи випрямляч і фільтр на елементах D50 і С50, воно подається на стабілітрон ZD3. ООС реалізована таким чином, що в момент, коли вихідна напруга перевищує допустимий, напруга ООС досягає напруги пробою ZD3 і відбувається заряд С51 по ланцюгу D50-ZD3-D10-C51. Згодом відбувається зниження шпаруватості і вихідної напруги на вторинних обмотках.

Приклад 2 - ICE2A0565Z

На малюнку 5 зображена схема чергового джерела на базі ІМС ICE2A0565Z. ICE2A0565Z - це друге покоління ІМС серії CoolSET компанії Infineon Technologies AG. Дана мікросхема має наступні характеристики:

  • 650 (В) силовий транзистор з відкритим стоком
  • Частота перетворювача 100 (кГц)
  • Шпаруватість до 72%
  • Захист від перегріву з автоматичним перезапуском
  • Захист від перевантаження і обриву зворотного зв'язку
  • Захист від перевищення напруги
  • Регульований режим м'якого запуску
  • Регулювання пікових значень струму зовнішнім резистором

Діапазон харчування даної ІМС від 8,5 до 21 (В). Харчується мікросхема параметричних стабілізатором на елементах: R52, R60, C7, C32, ZD2 (14V). Коли напруга живлення (Vcc) досягає порогу в 13,5 (В), відбувається запуск внутрішньої ланцюга зміщення і вузла управління живленням (далі УУП). Після цього УУП генерує напруга 6,5 (В) для живлення внутрішніх ланцюгів, а так само всі необхідні опорні напруги. Дозвіл на запуск ШІМ дають кілька вузлів ІМС:

  • вузол захисту
  • Вузол м'якого запуску
  • Вузол обмеження струму
  • Вузол режиму струму

Мал.5

- Схема джерела чергової напруги БП Power Man IP-P350AJ2-0.

Перші три, так чи інакше є схемами захисту, а останній є основним регулювальним вузлом ІМС. До нього і підводяться сигнали зворотного зв'язку (ОС) по напрузі і струму. Резистор R73 встановлений на ніжці Isense задає максимальний струм для силового ключа. Знімається з нього напруга є завданням для регулювання вихідної напруги, а також для вузла струмового захисту.


ПРИНЦИП РЕГУЛЮВАННЯ.

Під час роботи напруга з резистора R73 є функцією струму, поточного через силовий транзистор. Дане напруга надходить на схему гасіння переднього фронту протягом 220 нс. Це робиться для виключення впливу викидів струму на точність регулювання. Далі з цієї напруги формується Пікоподібне напруга, амплітуда якого прямо пропорційна величині вхідної напруги з R73, і подається на неінвертуючий вхід компаратора ШІМ. З входу FB (2 нога) на інвертується вхід компаратора ШІМ подається сигнал зворотного зв'язку по напрузі. Далі, порівнюючи обидва цих напруги, цим компаратором здійснюється принцип вертикального регулювання ШІМ. Зворотній зв'язок формується U5 (TL431) і PC3 (817). Резистивним дільником R57, R70 формується напруга для керуючого контакту U5. При збільшенні цієї напруги вище 2,5 (В) відбувається замикання катода діода оптопари PC3 на землю. Через нього починає протікати струм по ланцюгу: D17, R53, PC3. Транзистор оптопари відкривається і через нього починає текти струм по ланцюгу: Rfb (внутрішній резистор підтяжки до Uпит (6,5В)), R74, PC3. Напруга на другій нозі ІМС зменшується, зменшуючи тим самим шпаруватість вихідних імпульсів і, відповідно, вихідна напруга. При зниженні вихідної напруги величина напруги ОС на другій нозі ІМС зростає, тим самим, збільшуючи шпаруватість і прагнучи підтримати вихідна напруга на заданому рівні. При збільшенні навантаження в вихідний ланцюга відбувається і відповідне їй зміна струму в первинної ланцюга. Підвищується величина напруги, що знімається з резистора R73. Це в свою чергу призводить до збільшення амплітуди пили на компараторе ШІМ і збільшення шпаруватості вихідних імпульсів.


ДЕТАЛЬНІШЕ ПРО захисту ІМС.

  • Струмовий захист.

При перевищенні напруги ОС по струму величини рівної Vcsth (1В) відбувається негайне відключення силового ключа.

  • Напруга живлення.

ІМС починає роботу при досягненні порогу в 13,5 (В) і вимикається при зниженні менш ніж до 8,5 (В). При різкому стрибку напруги харчування (включення) до порога в 16,5 (В) спрацьовує захист від перенапруги з подальшим відключенням роботи ІМС.

  • Зворотній зв'язок.

При перевищенні сигналу ОС по напрузі рівня в 4,8 (В) відбувається закриття схеми управління силового ключа і припинення генерації. Обрив ОС призводить до тих самих наслідків протягом 5мкс.

© 2008 — 2012 offroad.net.ua . All rights reserved. by nucleart.net 2008