3.6. Основные неисправности, методы их поиска и устранения. В первичный момент запуска импульсного бп он находится в состоянии

МЯГКИЙ СТАРТ ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

МЯГКИЙ СТАРТ ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ СТАТЬЯ ПОДГОТОВЛЕНА НА ОСНОВЕ КНИГИ А. В. ГОЛОВКОВА и В. Б ЛЮБИЦКОГО "БЛОКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМНЫХ МОДУЛЕЙ ТИПА IBM PC-XT/AT" ИЗДАТЕЛЬСТВА «ЛАД и Н» СХЕМА "МЕДЛЕННОГО ПУСКА"    При включении импульсного блока питания конденсаторы выходных фильтров еще не заряжены. Поэтому транзисторный преобразователь работает фактически на коротко замкнутую нагрузку. При этом мгновенная мощность на коллекторных переходах мощных транзисторов может превышать в несколько раз среднюю мощность, потребляемую от сети. Это происходит из-за того, что действие обратной связи при запуске приводит к превышению тока транзисторов по сравнению с допустимым. Поэтому необходимы меры обеспечения "плавного" ("мягкого" или "медленного") пуска преобразователя. В рассматриваемых ИБП это достигается путем плавного увеличения длительности включенного состояния мощных транзисторов вне зависимости от сигнала обратной связи, который "требует" от схемы управления максимально возможной длительности управляющего импульса сразу при включении ИБП. Т.е. коэффициент заполнения импульсного напряжения в момент включения принудительно делается очень малым и затем плавно увеличивается до необходимого. "Медленный пуск" позволяет управляющей микросхеме IC1 постепенно увеличивать длительность импульсов на выводах 8 и 11 до выхода БП в номинальный режим. Во всех ИБП на основе управляющей ИМС типа TL494CN схема "медленного пуска" реализуется при помощи RC-цепочки, подключенной к неинвертирующему входу компаратора "мертвой зоны" DA1 (вывод 4 микросхемы). Рассмотрим работу схемы пуска на примере ИБП LPS-02-150XT (рис.41). "Медленный пуск" осуществляется в данной схеме благодаря RC-цепочке С19, R20, подключенной к выводу 4 управляющей микросхемы IC1.    Прежде чем рассматривать работу схемы "мягкого пуска" необходимо ввести понятие об алгоритме запуска ИБП. Под алгоритмом запуска подразумевается последовательность появления напряжений в схеме ИБП. В соответствии с физикой работы первоначально всегда появляется выпрямленное напряжение сети Uep. Затем, как результат срабатывания схемы пуска, появляется напряжение питания управляющей микросхемы Upom. Результатом подачи питания на микросхему является появление выходного напряжения внутреннего стабилизированного источника опорного напряжения Uref. Лишь только после этого появляются выходные напряжения блока. Последовательность появления этих напряжений не может быть нарушена, т.е. Uref, например, не может появиться раньше, чем Upom и т.д.    Примечание Обращаем Ваше особое внимание на то, что процесс первоначального запуска ИБП и процесс "медленного пуска" - это разные процессы, протекающие последовательно во времени! При включении ИБП в сеть сначала происходит первоначальный запуск, а уже потом - "медленный пуск", облегчающий силовым транзисторам блока выход в номинальный режим.    Как уже отмечалось, конечной целью процесса "медленного пуска" является получение плавно нарастающих по ширине выходных управляющих импульсов на выводах 8 и 11. Ширина выходных импульсов определяется шириной импульсов на выходе логического элемента DD1 IC1 (см. рис.13). Протекание процесса плавного запуска ИБП во времени показано на рис. 47.    Пусть в момент времени t0 на управляющую микросхему IC1 подается напряжение питания Upom. В результате запускается генератор пилообразного напряжения DA6, и на выводе 14 появляется опорное напряжение Uref. Пилообразное выходное напряжение генератора поступает на инвертирующие входы компараторов DA1 и DA2. На инвертирующий вход ШИМ-компаратора DA2 подается выходное напряжение усилителя ошибки DA3. Так как выходные напряжения блока (в том числе и +5В) еще отсутствуют, то сигнал обратной связи, снимаемый с делителя R19, R20 и подаваемый на неинвертирующий вход усилителя ошибки, равен 0. На инвертирующий вход этого усилителя подается некое положительное напряжение, снимаемое с делителя SVR, R24, R22 в цепи шины опорного напряжения Uref, которое уже имеется. Поэтому выходное напряжение усилителя ошибки DA3 будет равно 0 в первоначальный момент, а по мере заряда выходных конденсаторов фильтров - будет нарастать. Выходное напряжение ШИМ-компаратора DA2 по этой причине будет представлять собой нарастающую по ширине последовательность импульсов. Этот процесс отображен на временных диаграммах 1 и 2 (рис.47). Рисунок 47. Временные диаграммы, поясняющие процесс плавного (мягкого) запуска ИБП и иллюстрирующие работу управляющей HMCTL494 в пусковом режиме: U3,U4,U5 - напряжения на выводах ИМС 3, 4 и 5 соответственно.     Неинвертирующий вход компаратора "мертвой зоны" DA1, подключен к выводу 4 IC1. К этому выводу подключается внешняя RC-цепь С19, R20, которая запитывается с шины опорного напряжения Uref. Поэтому при появлении Uref все оно в первый момент выделяется на резисторе R20, т.к. конденсатор С19 полностью разряжен. По мере заряда С19 ток через него и резистор R20 уменьшается. Поэтому падение напряжения на R20, которое подается на вывод 4 1C 1, имеет форму спадающей экспоненты. В соответствии с этим выходное напряжение компаратора "мертвой зоны" DA1 будет представлять собой последовательность уменьшающихся по ширине импульсов. Этот процесс отображен на временных диаграммах 3 и 4 (рис,47). Таким образом процессы широтного изменения выходных напряжений компараторов DA1 и DA2 имеют взаимно противоположный характер.    Выходные напряжения компараторов являются входными для логического элемента DD1 (2-ИЛИ). Поэтому ширина импульса на выходе этого элемента определяется наиболее широким из входных импульсов.    Из временной диаграммы 5 (рис. 47), отображающей выходное напряжение DD1, видно, что вплоть до момента ti ширина выходных импульсов компаратора DA1 превышает ширину выходных импульсов ШИМ-компаратора DA2. Поэтому переключения этого компаратора не влияют на ширину выходного импульса DD1, а значит и выходного импульса IC1. Определяющим на интервале to-t-i является выходное напряжение компаратора DA1. Ширина выходных импульсов IC1 на этом интервале плавно нарастает, что видно из временных диаграмм 6 и 7 (рис. 47).    В момент ti выходной импульс компаратора DA1 сравнивается по ширине с выходным импульсом ШИМ-компаратора DA2. В этот момент происходит передача управления от компаратора DA1 к ШИМ-компаратору DA2, т.к. его выходные импульсы начинают превышать по ширине выходные импульсы компаратора DA1. За время t0-t, выходные конденсаторы фильтров успевают плавно зарядиться, и блок успевает выйти в номинальный режим.    Таким образом суть схемотехнического решения проблемы "мягкого" запуска заключается в том, что на время зарядки конденсаторов выходных фильтров ШИМ-компаратор DA2 подменяется компаратором DA1, работа которого не зависит от сигнала обратной связи, а определяется специальной формирующей RC-цепочкой C19.R20.    Из рассмотренного выше материала следует, что перед каждым включением ИБП конденсатор формирующей RC-цепи (в данном случае С19) должен быть полностью разряжен, иначе "мягкий" запуск будет невозможен, что может привести к выходу из строя силовых транзисторов преобразователя. Поэтому в каждой схеме ИБП предусмотрена специальная цепь для быстрого разряда конденсатора формирующей цепочки при выключении ИБП из сети или при срабатывании токовой защиты. СХЕМА ВЫРАБОТКИ СИГНАЛА PG (POWER GOOD)     Сигнал PG, наряду с четырьмя выходными напряжениями питания системного блока, является стандартным выходным параметром ИБП.    Наличие этого сигнала является обязательным для любого блока, соответствующего стандарту IBM (а не только блоков, построенных на основе микросхемы TL494). Однако в компьютерах класса XT этот сигнал иногда не используется.    В ИБП встречается большое разнообразие вариантов схем выработки сигнала PG. Условно все разнообразие схем можно разделить на две группы: од нефункциональные и двухфункциональные.    Од нефункциональные схемы реализуют только функцию задержки появления разрешающего запуск процессора сигнала PG Н-уровня при включении ИБП.    Двухфункциональные схемы, кроме вышеуказанной функции, реализуют еще и функцию упреждающего перехода сигнала PG в неактивный низкий уровень, запрещающий работу процессора при выключении ИБП, а также в случаях возникновения различного рода аварийных ситуаций, прежде чем начнет уменьшаться питающее цифровую часть системного модуля напряжение +5В.    Большинство схем выработки сигнала PG являются двухфункциональными, но при этом они являются более сложными, чем схемы первого типа. Рисунок 48. Функциональная схема ИМС LM339 (вид сверху). Рисунок 49. Принципиальная электрическая схема одного компаратора ИМС LM339. Рисунок 50. Схема образования сигнала PG в ИБП GT-200W     В качестве базового элемента при построении этих схем широко используется микросхема типа LM339N, представляющая из себя счетверенный компаратор напряжения (рис. 48).    Выходные транзисторы каждого компаратора, имеют открытый коллектор (рис. 49). Вывод 12 LM339N подключается к "корпусу", а на вывод 3 заводится однополярное (от +2В до +ЗОВ) питание.    Благодаря высокой чувствительности компа-раторных схем обеспечивается необходимое быстродействие.    Рассмотрим подробнее несколько характерных вариантов построения схем выработки сигнала PG.    Схема выработки сигнала PG, использованная в блоке GT-200W, показана на рис. 50.    Функция задержки при включении питания реализуется следующим образом.    При включении блока в сеть срабатывает схема пуска и на шине Uref появляется опорное напряжение +5,1В от внутреннего источника микросхемы TL494. Выходное напряжение +5В еще отсутствует. Поэтому делитель обратной связи R25, R24 еще не запитан (потенциал вывода 1 микросхемы равен 0В). Делитель же, дающий опорный уровень на выводе 2 микросхемы, уже запитан напряжением Uref. Поэтому выходное напряжение усилителя ошибки минимально (на выводе 3 потенциал около 0В), а запитанный по коллектору тем же напряжением Uref транзистор Q7 открыт и насыщен током базы, протекающим по цепи: Uref - R36 - э-6 Q7 - R31 - внутренние цепи TL494 - "корпус".    Потенциал неинвертирующего входа компаратора 1 микросхемы IC2 (LM339N) равен 0, и, т.к. на инвертирующем входе его присутствует положительный потенциал с резистора R42 делителя R35, R42 в цепи Uref, сам компаратор будет находиться в состоянии 0В на выходе (выходной транзистор компаратора открыт и насыщен). Поэтому сигнал PG имеет L-уровень и запрещает работу процессора.    Далее начинает появляться выходное напряжение +5В по мере зарядки выходных конденсаторов большой емкости. Поэтому выходное напряжение усилителя ошибки DA3 начинает возрастать, а транзистор Q7 закрывается. Вследствие этого начинает заражаться задерживающая емкость С16. Ток зарядки протекает по цепи: Uref -R36- С16- "корпус".    Как только напряжение на С16 и на неинвертирующем входе компаратора 1 (вывод 7 IC2) достигнет опорного уровня на инвертирующем входе его (вывод 6 IC2), выходной транзистор компаратора закроется. ПОС, которой охвачен компаратор 1 (резистор R34), обуславливает наличие гистерезиса на передаточной характеристике этого компаратора. Этим обеспечивается надежность срабатывания схемы PG и исключается возможность "опрокидывания" компаратора под воздействием случайной импульсной помехи (шума). На шине +5В к этому моменту появляется полное номинальное напряжение» а сигнал PG становится сигналом Н-уровня.    Из вышеизложенного видно, что датчиком состояния блока (включен/отключен) в данной схеме является выходное напряжение усилителя ошибки DA3, снимаемое с вывода 3 управляющей микросхемы IC1 (TL494), а схема является одно-функциональной.    Более сложная схема выработки сигнала PG реализована в ИБП APPIS (рис. 51). Рисунок 51. Схема образования сигнала PG в ИБП "Appis".     В этой схеме задействованы три компаратора микросхемы IC2.    Функция задержки при включении питания реализуется следующим образом.    После включения ИБП в сеть и срабатывания схемы пуска появляется опорное напряжение Uref. Выходные напряжения блока еще отсутствуют. Поэтому микросхема IC2 и транзистор Q3 еще не запитаны. Транзистор Q4, с коллектора которого снимается сигнал PG, открыт, т.к. запи-тан его базовый делитель. Ток базы протекает по цепи: Uref- R34 - R35 -6-3Q4- "корпус".    Поэтому PG имеет L-уровень. Кроме того, с шины Uref происходит заряд конденсатора С21 по цепи: Uref- R29- С21 - "корпус".    С появлением выходных напряжений блока с шины +12В через фильтр развязки R38, С24 запи-тываются микросхема IC2 и транзистор Q3. С шины +5В запитывается по коллектору полным напряжением транзистор Q4. При этом происходят следующие процессы.    На инвертирующий вход контролирующего компаратора начиная с момента включения блока поступает несглаженное выпрямленное двухпо-лупериодной схемой D5, D6 напряжение со вторичной обмотки 3-4-5 специального трансформатора Т1. Это пульсирующее напряжение с амплитудой около 15В подается на инвертирующий вход компаратора 2 через звено амплитудного ограничения R24, ZD1 (стабилитрон на 11В) и резистивный делитель R25, R26. Так как амплитуда импульсов после ограничения и деления все же остается большей, чем уровень опорного напряжения на неинвертирующем входе компаратора 2, то каждым импульсом и почти на все время его действия компаратор 2 переводится в состояние 0В по выходу (выходной транзистор компаратора будет открыт). Поэтому за несколько импульсов конденсатор задержки С21 разряжается практически до 0В. Поэтому компаратор 1 переключается по выходу в состояние 0В, т.к. напряжение на неинвертирующем входе его определяется уровнем напряжения на конденсаторе С21. В результате транзистор Q3 запирается нулевым смещением. Запирание Q3 приводит к зарядке второго задерживающего конденсатора С23 по цепи: + 12В - R38 - R32 - R33 - С23 - "корпус".    Как только напряжение на коллекторе Q3, а следовательно, и на инвертирующем входе компаратора 3 достигнет порогового уровня на его инвертирующем входе (Uref=+5,1B), компаратор 3 переключится в состояние 0В на выходе (выходной транзистор компаратора открывается). Поэтому базовый для Q4 делитель R35, R36 окажется незапитанным, и Q4 запрется.    Так как на шине +5В уже присутствует полное напряжение, a Q4 заперт, то сигнал PG становится Н-уровия.    Функция упреждения при выключении питания реализуется следующим образом.    При выключении блока из сети сразу же перестает поступать выпрямленное напряжение со вторичной обмотки 3-4-5 TL и схемы выпрямления D5, D6. Поэтому компаратор 2 сразу переключается, его выходной транзистор закрывается. Далее начинает заряжаться от Uref через R29 емкость задержки С21. Этим предотвращается срабатывание схемы при случайных кратковременных провалах сетевого напряжения. Когда С21 зарядится до половины напряжения Uref, компаратор 1 переключится. Его выходной транзистор закроется. Тогда откроется транзистор Q3 током базы, протекающем по цепи: +726 - R38 - R31 -D21-6-9Q3- "корпус".    Емкость второй задержки С23 быстро разряжается через Q3 и ускоряющий диод D20 по цепи: (+)С23 - D20 - к-э Q3 - "корпус"- (-)С23.    Потенциал инвертирующего входа компаратора 3 станет быстро уменьшаться со скоростью разряда С23. Поэтому компаратор 3 переключится, выходной транзистор его закроется, и базовый делитель для Q4 оказывается запитан с шины Uref. Поэтому Q4 откроется до насыщения, а сигнал PG станет L-уровня, предупреждая цифровую часть системного блока о предстоящем исчезновении питающих напряжений.    Таким образом, в данной схеме датчиком состояния блока (включен/выключен) является наличие или отсутствие трансформированного сетевого напряжения (через трансформатор Т1), а схема является двухфункциональной.    В блоке питания KYP-150W применена схема выработки сигнала PG с применением двух компараторов микросхемы LM339N (рис. 52). Рис. 52. Схема образования сигнала PG в ИБП KYP-150W (TUV ESSEN FAR EAST CORP.).     В данной схеме датчиком состояния блока является уровень вспомогательного напряжения питания Upom микросхемы TL494.    Схема работает следующим образом. При включении ИБП в сеть срабатывает схема пуска, в результате чего на шине Upon появляется напряжение, которым запитывается управляющая микросхема TL494. Как только Upom достигнет уровня порядка +7В, микросхема запускается и на выводе 14 ее появляется выходное напряжение внутреннего опорного источника Uref=+5B. Выходные напряжения блока еще отсутствуют. Микросхема IC2 (LM339N) запитывается напряжением Uref по выводу 3.    Когда Upom достигнет уровня около +12В, "пробивается" стабилитрон ZD1, и на резисторе R34 появляется падение напряжения, которое увеличивается с ростом Upom. Когда падение на R34 достигнет уровня опорного напряжения на резисторе R48 делителя R51, R48 в цепи Uref, компаратор 2 микросхемы IC2 установится в состояние Н-уровня по выходу (выходной транзистор его закроется). Поэтому окажется заперт диод D22. Начинается заряд задерживающей емкости С15 по цепи: Uref- R49- С15- "корпус"    Этот процесс вносит задержку "опрокидывания" компаратора 1 микросхемы IC2 и появления разрешающего сигнала PG Н-уровня. За это время успевает произойти процесс "мягкого" запуска, и выходные напряжения блока появляются в полном объеме, т.е. блок надежно выходит в номинальный режим. Как только напряжение на С15 достигнет опорного уровня на резисторе R48, "опрокинется" компаратор 1. Его выходной транзистор откроется, и поэтому транзистор Q7 окажется заперт нулевым смещением. Сигнал PG, снимаемый с коллекторной нагрузки Q7, станет Н-уровня, что позволит запуститься процессору системного модуля.    При выключении блока из сети первым начинает исчезать напряжение Upom, т.к. накопительные конденсаторы, поддерживающие напряжение на шине Uporn, имеют небольшую емкость. Как только падение напряжения на резисторе R34 станет ниже опорного уровня на резисторе R48, компаратор 2 микросхемы IC2 переключится. Выходной транзистор его откроется, и через него и диод D22 быстро разрядится емкость задержки С15. Разряд происходит почти мгновенно, т.к. в цепи протекания тока разряда отсутствует ограничительное сопротивление. Сразу вслед за этим переключится и компаратор 1 микросхемы IC2. ПОС через диод D21, охватывающая компаратор 1, обуславливает наличие гистерезиса на переходной характеристике компаратора. Выходной транзистор компаратора закроется и током базы, протекающим по цепи: Uref - R50 - 6-э Q7 - "корпус", откроется транзистор Q7. Сигнал PG станет L-уровня, предупреждая предстоящее исчезновение выходных напряжений блока. Таким образом, данная схема является двухфункциональной.    В ИБП GT-150W используется схема выработки сигнала PG, реализующая только функцию задержки при включении (рис. 53). Рисунок 53. Схема образования сигнала PG в ИБП GT-150W     После включения ИВП и срабатывания схемы пуска на выходных шинах блока начинают появляться напряжения. Конденсатор С23 начинает заряжаться по цепи: шина +56 - С23 - R50 - 6-э Q7- "корпус".    Этим током открывается до насыщения транзистор Q7, с коллектора которого снимается сигнал PG. Поэтому сигнал PG будет L-уровня почти все время зарядки С23. Как только напряжение на шине +5В перестанет увеличиваться, достигнув номинального уровня, ток зарядки С23 перестает протекать. Поэтому Q7 закроется, и сигнал PG станет сигналом Н-уровня.    Диод D16 необходим для быстрой и надежной разрядки С23 после выключения ИБП.    Таким образом схемы образования сигнала PG можно классифицировать по физическому принципу, заложенному в основу их построения:    • схемы, построенные на основе контроля выходного напряжения внутреннего усилителя ошибки по напряжению DA3 управляющей микросхемы или (что то же самое) контролирующие уровень сигнала обратной связи с шины выходного напряжения +5В;    • схемы, построенные на основе контроля уровня и наличия переменного напряжения сети на входе блока;    • схемы, построенные на основе контроля уровня вспомогательного напряжения питания управляющей микросхемы Upom.    • схемы, построенные на основе контроля наличия импульсного переменного высокочастотного напряжения на вторичной стороне силового импульсного трансформатора.    Рассмотрим один из вариантов реализации схемы последнего типа, которая используется, например, в схеме ИБП HPR-200 (рис. 54). В основу построения этой схемы заложена идея контроля за наличием переменного импульсного напряжения на вторичной обмотке силового импульсного трансформатора Т1. Схема работает следующим образом. Рисунок 54. Схема образования сигнала PG в ИБП HPR-200 (HIGH POWER ELECTRONIC Co., Ltd)     При включении ИБП в сеть сглаживающие конденсаторы шины выходного напряжения +5В С4, С5 большой емкости (2хЗЗООмкф) полностью разряжены. Разряжены также конденсаторы С1, С2, СЗ. Импульсное переменное напряжение, которое появляется на вторичной обмотке 3-5 силового импульсного трансформатора Т1, начинает заряжать конденсаторы С4, С5. К отводу 5 вторичной обмотки подключен однополупериодный выпрямитель D1. С1 - сглаживающая емкость фильтра. R1 (10 Ом) - токоограничивающий резистор. Конденсатор С1 малой емкости (150нф) заряжается до уровня около +10В практически сразу (первым импульсом).    Как только уровень потенциала шины +5В превысит минимально допустимый уровень питающего для микросхемы IC1 напряжения (+2В), микросхема начнет функционировать. Напряжение с конденсатора С1 подается на резистивный делитель R2, R3. Часть этого напряжения снимается с R3 и подается на неинвертирующий вход компаратора А (вывод 9 микросхемы IC1), а также на делитель R4, R6, С2. Поэтому параллельно с ростом потенциала шины +5В происходит заряд конденсатора C2 по цепи: (+)C1 - R2 - R4 - C2 -"корпус"-(-)C1.    К моменту, когда потенциал шины +5В достигает минимального уровня питания микросхемы IC1 (+2В), этот конденсатор окажется заряженным. Поэтому компараторы микросхемы устанавливаются в следующее состояние:    компаратор А - выходной транзистор закрыт, т.к. потенциал неинвертирующего входа выше потенциала на инвертирующем входе;    компаратор В - выходной транзистор открыт, т.к. потенциал неинвертирующего входа ниже потенциала на инвертирующем входе.    Такое распределение потенциалов обусловлено номиналами резисторов, подключенных ко входам компараторов.    Сигнал PG, снимаемый с коллекторной нагрузки R11 выходного транзистора компаратора В, равен 0В и запрещает запуск процессора. Тем временем идет процесс подзаряда накопительных конденсаторов С4, С5 и потенциал шины +5В растет. Поэтому протекает ток заряда конденсатора СЗ по цепи: шина +56 - R9 - R8 - СЗ - "корпус".    Напряжение на конденсаторе СЗ, а значит, и на неинвертирующем входе компаратора В, растет. Это возрастание происходит до тех пор, пока потенциал неинвертирующего входа компаратора В не начнет превышать потенциал его инвертирующего входа. Как только это произойдет, компаратор В переключится, выходной транзистор его закроется. Напряжение на шине +5В достигает к этому моменту номинального уровня. Поэтому сигнал PG становится сигналом высокого уровня и разрешает запуск процессора. Таким образом, емкость конденсатора СЗ обуславливает задержку при включении.    При выключении импульсного блока питания из сети исчезает переменное импульсное напряжение на вторичной обмотке 3-5 Т1. Поэтому конденсатор С1 малой емкости быстро разряжается, и напряжение на неинвертирующем входе компаратора А быстро уменьшается до 0В. Напряжение на инвертирующем входе этого компаратора падает намного медленнее за счет заряда на конденсаторе С2. Поэтому потенциал инвертирующего входа становится выше потенциала неинвертирующего входа, и компаратор А переключается. Выходной транзистор его открывается. Поэтому потенциал неинвертирующего входа компаратора В становится равен 0В. Потенциал инвертирующего входа компаратора В еще положителен за счет заряда на конденсаторе С2. Поэтому компаратор В переключается, выходной транзистор его открывается и сигнал PG становится сигналом низкого уровня, инициализируя сигнал системного сброса RESET, прежде чем уменьшится ниже допустимого уровня питающее логические микросхемы напряжение +5 В.    Компараторы А и В охвачены положительными обратными связями с помощью резисторов R7 и R10 соответственно, что ускоряет их переключение.    Прецизионный резистивный делитель R5, R6 задает опорный уровень напряжения на инвертирующих входах компараторов А и В в номинальном режиме работы.    Конденсатор С2 необходим для поддержания этого опорного уровня после выключения ИБП из сети.    В заключение этого раздела приведем еще один вариант реализации схемы образования сигнала PG (рис. 55). Рисунок 55. Схема образования сигнала PG в ИБП SP-200W.     Схема является однофункциональной, т.е. реализует только задержку появления разрешающего сигнала PG при включении ИВП в сеть.    В этой схеме контролируемым сигналом является уровень напряжения на выходной шине канала +12В. В основу построения схемы заложена схема двухкаскадного УПТ на транзисторах Q10, Q11, охваченная положительной обратной связью с помощью резистора R55. Задержка опрокидывания этой схемы обусловлена наличием конденсатора С31 сравнительно большой емкости в базовой цепи транзистора Q10 УПТ. После включения ИБП в сеть, пока идет процесс выхода на режим, с выходной шины канала +12В протекает ток зарядки конденсатора С31 по цепи: шина +12В -R40-C31 - "корпус".    Напряжение на конденсаторе С31 плавно возрастает. Пока это напряжение не достигает порогового уровня опрокидывания схемы на транзисторах Q10, Q11, эта схема находится в состоянии, при котором транзистор Q10 закрыт, а транзистор Q11 открыт током базы, который протекает с выходной шины канала +5В под воздействием растущего напряжения на конденсаторах этой шины: шина +56 - R41 - 6-э Q11 - "корпус".    Поэтому сиигнал PG, снимаемый с коллектора Q11 равен 0В, и запрещает запуск процессора. Тем временем растущее напряжение на конденсаторе С31 прикладывается к базовому делителю R43, R44 транзистора Q10. К моменту достижения выходными напряжениями ИБП номинальных уровней напряжение на С31 достигнет уровня, достаточного для возникновения лавинообразного процесса взаимного изменения состояний транзисторов Q10, Q11 (благодаря наличию ПОС). В результате транзистор Q10 окажется открыт до насыщения, а транзистор Q11 закрыт. Поэтому сигнал PG станет сигналом высокого уровня и запуск процессора будет разрешен. Диод D20 служит для быстрой разрядки конденсатора С31 после выключения ИБП из сети. При этом С31 разряжается через диод D20 и разрядный резистор выходной шины канала +5В ( на схеме не показан). Кроме того в процессе работы ИБП этот диод ограничивает уровень напряжения на конденсаторе С31. Уровень ограничения составляет около +5.8В.    Кроме вышеприведенных схем выработки сигнала PG могут применяться и другие принципы построения схем, и задействоваться разное число компараторов микросхемы LM339N - от одного до четырех.     Адрес администрации сайта: [email protected]

soundbarrel.ru

Работа импульсного блока питания

Многих радиолюбителей интересует, как работает и на каких механизмах базируется импульсный блок питания. Подробно рассмотрим на примере блока от двд плейера BBK DV811X. Данный блок был выбран потому, что все компоненты схемы здесь стоят свободно, понятно и не залиты клеем. Это очень поможет новичкам разобраться с принципом их работы. Для сравнения типичный блок питания от ноутбука. Сложно сразу понять, что здесь и где.Для четкого разъяснения всех моментов построим принципиальную схему. Максимально просто расскажем о каждом элементе, зачем он тут стоит и какую функцию выполняет.

Купить импульсные источники питания в этом китайском магазине.

Рассмотрим общие принципы работы блоков питания.Для начала линейный.

В нем сетевое напряжение подается на трансформатор, понижающий его после чего стоит выпрямитель, фильтр и стабилизатор. Трансформаторы в таких блоках обладают большими габаритами и чаще всего находят свое применение в лабораторных источниках питания и аудио усилителях.

Теперь импульсные блоки питания. 220 вольт выпрямляется, после чего постоянное напряжение преобразуется в импульсы с большей частотой, которые подаются на высокочастотный трансформатор. С выходных обмоток снимается напряжение и выпрямляется. Далее подается через цепь обратной связи в формирователь импульсов для поддержания стабильного напряжение на выходе путем регулирования длительности или скважности импульсов. Выпрямленное фильтруется для получения стабильного значения.Объяснение схемыКлеммы — питание от сети 220 вольт и сетевое кнопка, и видим предохранитель. При превышении тока, проходящего через предохранитель, его номинального порога, он сгорает, размыкая блок питания с сетью. Дальше мы видим сетевой фильтр.

Он состоит из двух конденсаторов и дросселя подавления электромагнитных помех.Посмотрим на типовую схему этого фильтра. Таким фильтром оснащено большинство современных устройств. Он состоит из 2 X-конденсаторов и дросселя подавления электромагнитных помех. Это конденсаторы, которые были специально разработаны для применения сетевых фильтров. Они выдерживают всплески напряжения до нескольких киловольт и сделаны из негорючих материалов. Для противофазных помех, которые возникают между фазой и нейтралью, является кратчайшим путем следования, а значит они не дают помехам сети попасть в блок питания и, соответственно, шумам блока питания в сеть.Что касается дросселей подавления электромагнитных помех, существует множество видов, но в целом, это катушки, намотанные на ферритовый сердечник. Помехи наводят ток разных знаков, компенсируя друг друга. Стоит добавить еще про синфазные помехи — между фазой и корпусом или между нейтралью и корпусом. Для компенсации таких помех часто применяют так называемые Y-конденсаторы. В случае перегорания они точно будут разомкнуты. Они также выдерживают всплески напряжения. Пару таких конденсаторов подключают между проводами сети и корпусом. А корпус в свою очередь подключается к заземлению.

Если в вашей розетке не будет заземления, то корпус устройства будет кусаться около 110 Вольт с очень маленьким током. В данном блоке питания предусмотрены посадочные  места под эти конденсаторы.

Но производитель вывел сетевой провод без заземления. Поэтому нет никакого смысла в данных конденсаторах в данном случае. После сетевого фильтра стоит диодный мост, выполненный на 4 диодах 1n 4007. Выпрямленное напряжение подается на конденсатор. Он сглаживает его форму. Конденсатор в данном случае на 22 микрофарада, 400 вольт. Напряжение на конденсаторе должно быть около 290-300 вольт. Теперь нам надо преобразовать его в высокочастотную последовательность импульсов. Для начала посмотрим, что это за микросхема. Маркировка dh421. Рассмотрим, как В целом устроены подобные преобразователи.

Онлайн калькулятор: http://cxem.net/calc/divider_calc.php

Вопросы по импульсным источникам питания: http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=1480

Далее смотрите с 5 минуты на видео канала Паяльник TV

izobreteniya.net

Работа импульсного БП

Работа импульсного БП

   Рассмотрим работу стандартного импульсного блока питания (БП). Сетевое напряжение через предохранитель поступает на фильтр помех.Далее напряжение сети поступает на выпрямитель. Поскольку диоды выпрямителя заряжают силовые высоковольтные конденсаторы, они работают преимущественно в импульсном режиме и должны пропускать большой ток. Но в момент запуска блока питания по диодам проходит ударный ток – всё напряжение сети попадает на незаряженные конденсаторы, т.е. 220V в течение нескольких полупериодов попросту шунтируется на землю. Некоторой защитой от этого служит терморезистор, который в холодном состоянии имеет повышенное сопротивление и при включении блока питания он ограничивает ток и вместе с тем мгновенно раскаляется, и его сопротивление падает. Слишком частые включения блока питания этому терморезистору идут не на пользу, и он иногда выходит из строя.

   Выпрямленное напряжение примерно 300В поступает на полумостовой инвертор. Инвертор собран по схеме с самовозбуждением, для чего здесь имеется ПОС от "средней точки" через – там есть специальный отвод. Цепи в базах силовых транзисторов накапливают положительные потенциалы для открытия этих транзисторов. Но параметры этих цепей подобраны таким образом, что инвертор без внешнего управления способен вырабатывать нестабильные и укороченные импульсы, которые при выпрямлении всегда дают половинные напряжения. Это сделано специально, чтобы неуправляемый блок питания не смог сжечь питающие электронные схемы. Работающий в неуправляемом режиме инвертор может запитать только контрольную часть блока питания. 

   Трансформированные импульсы из высоковольтных в высокоамперные поступают на выходной выпрямитель. В цепях применены высокоамперные переключающие диоды с пониженным напряжением включения, например диоды Шоттки. Для улучшения характеристик у каждого выпрямителя выравнен коэффициент мощности. 

   На выходе выпрямителя получаются импульсные напряжения амплитудой примерно в 2 раза выше номинальной. Но ничего страшного здесь нет, ведь импульсы прямоугольные, а впереди – сглаживающий фильтр. Поскольку частота работы инвертора составляет десятки килогерц, то и сглаживающий фильтр получается простым, маленьким и вместе с этим эффективным. Нагрузочные сопротивления выхода нужны только тогда, когда БП включается без нагрузки. У всех импульсных БП общая проблема – недопустимое и неуправляемое повышение выходного напряжения при отсутствии нагрузки вследствие полной зарядки конденсаторов фильтра. Вот здесь на помощь и приходят резисторы, создающие ту самую минимальную нагрузку.

   Посмотрим на процесс запуска импульсного блока питания. Неуправляемый инвертор создаёт на выходе блока питания половинные напряжения. Вот это напряжение и питает управляющие схемы. Всё питание контрольной части можно поделить на два вида: обычное и стабилизированное. Обычное может варьироваться от +12V до +24V. Стабилизация производится встроенным в микросхему TL494 стабилизатором, на выходе которого получается +5V. Стабильное напряжение запитывает саму микросхему генератор. Запускается встроенный генератор, пилообразный сигнал которого поступает на компараторы. Однако в момент пуска компараторы "заглушены" сигналом мёртвого времени. Так сделано для того, чтобы упорядочить все переходные процессы в схеме, имеющиеся в момент включения устройства.

   Принцип действия системы регулирования выходного напряжения основан на сравнении выходного напряжения с опорным. Система регулирования не ограничивает работу инвертора, а наоборот, усиливает его. Сравнение организовано с помощью двух делителей и компаратора. Если выходное напряжение мало, с выходов ГТИ начинают поступать импульсы дополнительной раскачки инвертора. Эти импульсы подаются на транзисторные ключи. Цепочка создаёт на эмиттерах этих транзисторов падение напряжение, что приводит к их более надёжному закрытию отрицательным напряжением. Транзисторные ключи образуют собой ещё один инвертор, который и раскачивает основной.

Похожие схемы

aes2.ru

Russian HamRadio - Импульсные блоки питания бытовых радиоустройств.

Казалось бы, что еще надо? Проще не придумаешь! Трансформатор, мостовой выпрямитель и фильтр — все просто и понятно. Так нет, придумали всякие импульсные блоки питания (ИПБ), ломай себе голову! Каждая уважающая себя фирма выпускает свои блоки по своим схемам, а когда сломаются, думай, т. к. самому ремонтировать — сложно и непонятно, а в мастерской — дорого! Так вот, ничего особенно сложного в импульсных блоках питания нет. Да, ИБП сложнее, чем обычные блоки питания. Но это потому, что к функциям ИБП относится не только получение питающих напряжений, но и их стабилизация, а также защита самого ИБП и каскадов, которые от него питаются, от различных неприятностей. Принципы работы импульсного обратноходового блока питания Первоначальное распространение ИБП получили преимущественно в телевизионных приемниках (ТВ), в дальнейшем — в видеомагнитофонах (ВМ) и другой видеоаппаратуре, что объясняется, в основном, двумя причинами. Во-первых, чувствительность ТВ и ВМ к создаваемым импульсным БП помехам значительно ниже, чем, например, аппаратуры звуковоспроизведения, особенно высококачественного. Во-вторых, ТВ и ВМ отличаются относительным постоянством и сравнительно небольшой величиной (10...80 Вт) потребляемой мощности. Колебания этой мощности в ТВ обусловлены изменениями яркости экрана при смене сюжетов и составляет не более 20 Вт (приблизительно 30 % максимальной потребляемой мощности). Для ВМ колебания мощности, потребляемой в нагрузке, возникают, в основном, только при переключении режимов работы ЛПМ и составляют несколько ватт. Для примера, в стереофоническом усилителе с выходной мощностью 2x20 Вт колебания мощности достигают 70...80 Вт (приблизительно 70...80 % максимальной потребляемой мощности). Поэтому для этого класса радиоаппаратуры ИБП получаются более дорогостоящими из-за необходимости использования мощных двухтактных схем преобразователей (конверторов), более сложных стабилизаторов, фильтров и т. д. В связи с этим конструкторы как более ранних, так и современных моделей ТВ и ВМ, как правило, придерживаются хорошо зарекомендовавших себя с точки зрения надежности, экономичности и простоты принципов построения импульсных блоков питания. Основные усилия направляются, в первую очередь, на совершенствование и миниатюризацию элементной базы; повышение надежности ИБП (в том числе путем введения различных защит) и расширение рабочего диапазона питающего их напряжения сети. Несмотря на большое разнообразие схем ИБП принцип работы большинства их одинаков. Выпрямленное напряжение сети питает однотактный генератор, нагрузкой которого является импульсный трансформатор с вторичными выпрямителями, от которых питаются все потребители. Генератор может быть выполнен как с самовозбуждением, так и с внешним запуском. Транзистор генератора работает в ключевом режиме. Когда транзистор открыт, происходит накопление энергии в импульсном трансформаторе, когда закрыт — энергия, отдается в нагрузку. На рис. 1 показана схема простейшего автогенератора. Рис.1. Работает он так. В начальный момент транзистор (ключ) VT1 закрыт. При подаче питания через R1 начинает течь небольшой ток, создающий напряжение смещения на базе ключа Uбэ, достаточное для того, чтобы вызвать небольшой ток коллектора ключа IK и, соответственно, через коллекторную обмотку трансформатора Iтр (см. рис. 2, а, б]. По законам физики изменение тока в обмотке I вызовет появление ЭДС индукции, которая препятствует изменению тока в обмотке и вызывает напряжения взаимоиндукции в обмотках обратной связи II и в выходной обмотке III. Обмотки включены таким образом, что на верхнем выводе обмотки III будет “минус”, а на верхнем выводе обмотки II — “плюс”. Диод VD1 будет закрыт, а с обмотки II “плюс” окажется , приложен к базе VT1 и вызовет появление дополнительного тока базы, что, в свою очередь, вызовет насыщение транзистора. Поскольку к обмотке I трансформатора приложено полное постоянное напряжение источника питания, ток через нее линейно нарастает, пока сердечник трансформатора Т1 не войдет в насыщение. В этот момент ток коллектора VT1 резко возрастает, а напряжение на обмотках II и III падает. Транзистор выходит из насыщения, происходит лавинообразный процесс его закрывания. Рис.2. В сердечнике трансформатора накопилась энергия и при закрывании транзистора VT1 произойдет изменение полярности ЭДС индукции, которая теперь будет направлена противоположно ЭДС при нарастании тока обмотки. При этом на обмотке I возникнет импульс напряжения, который приложен плюсом к коллектору транзистора, а минусом — к плюсу источника питания. В результате между коллектором и эмиттером ключа возникнет выброс напряжения 500...600 В. При этом отрицательное напряжение с обмотки обратной связи II надежно закроет ключ, а положительное напряжение с обмотки III откроет диод VD1 и конденсатор С2 начнет заряжаться (см. рис. 2, в). Чем больше ток заряда, т. е. чем быстрее израсходуется энергия трансформатора, тем быстрее процесс повторится. Итак, сердцем импульсного блока питания является генератор. Обязательными элементами его являются импульсный трансформатор и транзистор -ключ. Вторичных обмоток у трансформатора может быть несколько. Импульсные источники питания на небольшую мощность (< 30...50 Вт) обычно выполняются по схеме, где функции генерации, управления и стабилизации вторичных напряжений совмещены. Объединение несколько функций в одном устройстве упрощает схему устройства, уменьшает потери, облегчает режим работы выходного транзистора, уменьшает габариты. Кроме того, все эти функции взаимосвязаны, поэтому их реализация труда не представляет. У таких ИБП система стабилизации обычно перенесена из вторичных цепей в первичную, где значения токов уменьшены на коэффициент, равный коэффициенту трансформации. Сравнивая ИПБ с традиционным блоком питания с низкочастотным трансформатором, видим, что выпрямительные диоды сетевого напряжения также перенесены в сторону первичной цепи, вследствие чего через диоды будут протекать токи, тоже уменьшенные в коэффициент трансформации раз. При этом силовой трансформатор, работающий на частоте 50 Гц, исключается, а вместо него вводится импульсный трансформатор, работающий на частоте до 100 кГц с ферритовым магнитопроводом и имеющий в несколько раз меньшие габаритные размеры и массу. Кроме того, уменьшаются габариты фильтров вторичных выпрямителей, так как при частоте 30... 100 кГц для получения хорошей фильтрации нужны существенно меньшие емкости, и можно обойтись без дросселей. Поэтому при тех же параметрах блока питания габариты ИБП в десятки раз меньше габаритов обычного блока питания, работающего на частоте 50 Гц. Источники на большую мощность, как правило, выполняют с внешним возбуждением, для чего разработано множество специализированных микросхем. Разбирая функциональную схему более сложного ИБП, представленную на рис. 3, кое в чем повторюсь. Основными функциональными узлами этого устройства являются: сетевой выпрямитель со сглаживающим емкостным фильтром С1; ключ VT1; импульсный трансформатор Т1; устройство запуска; устройство управления; цепь обратной связи; вторичный выпрямитель импульсных напряжений VD1C2. Напряжение сети 220В поступает на выпрямитель, после чего сглаживается емкостным фильтром С1. С конденсатора фильтра выпрямленное напряжение через обмотку I трансформатора Т1 поступает на коллектор транзистора VT1, выполняющего функцию ключа. Устройство управления обеспечивает периодическое включение и выключение транзистора VT1. В стационарном режиме напряжение на выходегде n = N1/N3 — коэффициент трансформации, Т — период импульсов, AT -длительность включенного состояния транзистора VT1 (рис. 2). Изменяя AT можно регулировать выходное напряжение. Амплитуда импульсов тока через транзистор и диод зависит от индуктивности первичной обмотки трансформатора. При оптимальном ее значении максимальный ток через первичную обмотку вдвое превышает средний ток через нее. При этом ток через диод прекращается в момент открывания транзистора. Изменять соотношение между Т и AT можно разными способами. Наиболее подходящий способ регулирования величины выходного напряжения — широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Основные достоинства ШИМ — постоянство периода повторения Т и простота реализации, Поэтому ШИМ применяют практически во всех конструкциях ИБП. Устройство управления ключевым транзистором называется контроллером, в данном случае — ШИМ-контроллером. Вообще, под ШИМ-контроллером подразумевают все устройство управления, включая элементы запуска и защиты, так как они являются неотъемлемой частью ИБП и часто используют одни и те же элементы. Разберем по порядку свойства каждого узла импульсного блока питания. Узел запуска. Необходимость наличия узла запуска вызвана тем, что при включении ИБП возможны большие перегрузки его элементов, поскольку разряженные конденсаторы фильтров импульсных выпрямителей представляют собой очень малое сопротивление для импульсов, снимаемых с вторичных обмоток трансформатора. Пусковые токи могут достигать 50... 100А, что создает аварийный режим работы. Рис.3. Устройство запуска обеспечивает принудительную коммутацию транзистора ключа со значительно меньшей длительностью включенного состояния в течение нескольких циклов, за время которых происходит заряд конденсаторов фильтров импульсных выпрямителей. Одновременно это исключает возможность возникновения аварийной ситуации, так как длительность импульсов плавно возрастает, постепенно выводя ИБП на номинальный режим. В импортных ИБП наибольшее распространение получила подача на ключ начального открывающего смещения. В момент подачи питания через резисторы от плюса сетевого выпрямителя на базу ключа подается смещение, достаточное для создания начального тока через ключ и плавного запуска. После нескольких циклов ИБП переходит в нормальный режим и больше цепь запуска не используется. Во многих импортных ИБП цепь запуска не отключается, что иногда приводит к выходу из строя ключа при неисправности одного из вторичных выпрямителей, если не применяется схема защиты от короткого замыкания. В отечественных телевизорах применяются несколько вариантов запуска ИБП. Одна из них — генератор, собранный на однопереходном транзисторе серии КТ117. В течение некоторого времени, достаточного для надежного запуска ИБП, генератор на КТ117 генерирует импульсы, которые подаются на базу ключевого транзистора и вызывают запуск цикла работы автогенератора. Если неисправность отсутствует, то конденсаторы фильтров заряжаются и автогенератор входит в нормальный режим. Иначе схема запуска отключится и ИБП не запустится. Устройство управления. На него возлагается функция отслеживания уровня выходного напряжения, выработка сигнала ошибки и, часто, непосредственного управления ключом. Рис.4. Обычно устройство управления представляет собой цепь сравнения реального выходного напряжения и образцового, выработанный сигнал ошибки подается на исполнительный узел, управляющий непосредственно ключевым транзистором (рис. 4). Несмотря на кажущуюся сложность функциональной схемы устройства управления, принципиальная схема такого узла, получившего распространение в ИБП на транзисторах, несложна (рис. 5). Устройство управления питается от обмотки II трансформатора Т1 (рис. 3), поэтому напряжение на нем пропорционально напряжению на вторичных обмотках, т. е. с хорошей степенью приближения соответствует выходному. Рис.5. В момент включения напряжение на конденсаторе С1 равно нулю и транзистор VT1 закрыт. После начала работы преобразователя и, пока он не вошел в нормальный режим, транзистор VT1 находится в открытом состоянии и позволяет работать генератору, выходное напряжение и напряжение на С1 увеличиваются. При достижении этими напряжениями номинальных значений открывается стабилитрон VD1 и дальнейшее увеличение напряжений приводит к постепенному закрыванию транзистора VT1. В рабочем режиме на выходе присутствует положительное напряжение, которое подается на исполнительное устройство. При увеличении выходного напряжения напряжение, подаваемое на исполнительное устройство, будет уменьшаться, изменяя условия его работы и вызывая уменьшение выходного и, как следствие, его стабилизацию. Исполнительное устройство представляет собой ключ, срабатывающий при достижении током коллектора силового ключа определенной величины, или цепь, шунтирующую переход база-эмиттер того же силового ключа при достижении определенного уровня напряжения. Цепи защиты. Сложность того или иного ИБП во многом зависит от сложности примененных цепей защиты. В дешевых моделях ИБП используются простейшие варианты. Вообще защитные устройства можно разделить по функциям на следующие: защитные устройства всего ИБП, сетевого выпрямителя, от перенапряжения сети, от слишком малого напряжения сети, от перегрузки (короткого замыкания), от холостого хода и так далее. По сложности исполнения их можно разделить на простые (предохранители, защитные резисторы), среднего уровня сложности и большой сложности. В ИБП может быть применено сразу несколько типов защит различной степени сложности. Однако, несмотря на то, что встраивание сложных защит мотивируется благими целями, увеличение сложности устройств в результате нередко оборачивается уменьшением их надежности за счет увеличения числа элементов, ухудшением ремонтопригодности и, соответственно, увеличением стоимости ремонта. А так как цепи защиты встраиваются непосредственно в ИБП, то их выход из строя также приводит к выходу из строя и элементов самого ИБП. Простейшим защитным элементом является предохранитель. В любом устройстве он устанавливается на входе ИБП. Предохранитель является инерционным прибором, поэтому он не защищает ни ключевой транзистор, ни многие другие элементы блока питания. Назначение предохранителя — защита устройства от возгорания при пробое ключа или конденсатора сетевого фильтра, обычно он в таких случаях спасает трансформатор и диоды выпрямителя. Следующий защитный элемент , включенный последовательно с выпрямительным мостом резистор, который выполняет две функции. Первая ограничивает мгновенный ток через мост в момент включения ИБП. Вторая выполняет функции предохранителя. Как и предохранитель, защитный резистор является инерционным элементом. Он перегорает при превышении среднего тока через него. Часто во вторичных выпрямителях применяют защитные диоды, включенные параллельно нагрузке. На схемах они обозначаются как стабилитроны, но это не совсем так. Когда на защитном диоде напряжение меньше порога срабатывания, он не потребляет тока и не влияет на работу ИБП. При появлении на таком диоде напряжения, на которое он рассчитан, он пробивается и ограничивает напряжение на нагрузке. Если ИБП при этом не выключается, то диод от перегрева сплавляется и вызывает короткое замыкание для ИБП, который выключается. ИБП, в котором применяются такие “стабилитроны”, должен иметь защиту от перегрузок. Напряжение на защитном диоде может повыситься из-за резких скачков сетевого напряжения, мощной импульсной помехи в сети, неисправности самого ИБП. Таким образом, защитный диод предохраняет устройства, стоящие в данной цепи. Защитный диод не восстанавливается и после срабатывания подлежит замене, но ни в коем случае не на обычный стабилитрон! Остальные устройства защиты представляют собой узлы, состоящие из нескольких элементов, и интегрированы со схемой ИБП. Такие устройства могут быть с внутренним управлением, отслеживающие состояние ИБП и управляющие им, и с внешним управлением, следящие за состоянием цепей вторичных источников питания и даже исправностью всего устройства в целом, например, телевизора. Чем больше применено таких защитных устройств, тем сложнее ремонт. Иногда приходится изобретать способы запуска ИБП, выключенного каким-либо защитным устройством, отключать защиту, прибегать к различным уловкам, чтобы найти неисправность. Разбор схем блоков питания на транзисторах начнем с самых простых: ИБП телевизора Sanyo CKM 3022-00 и видеоплеера Funai VIP-5000LR. Вариант управления ключом, примененный в этих устройствах, встречается довольно часто и даже в микросхемном исполнении. Некоторые непринципиальные элементы, такие как выпрямители сетевого напряжения и вторичные выпрямители, не показаны. Источник питания телевизора Sanyo CKM 3022-00 Схема этого источника приведена на рис. 6. Напряжение +290В с сетевого выпрямителя подается через обмотку 3-7 на коллектор ключевого транзистора Q513. Его база через резисторы R520, R521, R522, R524 подключена к источнику питания +290В — цепь начального смещения ключа. К цепи базы ключа непосредственно подключен транзистор Q512, он управляет напряжением на базе ключа. Рис.6. Режим работы транзистора Q512 определяет транзистор Q511, ток базы которого, в свою очередь, определяется оптопарой D515. Светодиод оптопары включается транзистором Q553. Конденсатор С507 сглаживает пульсации, приходящие с сетевого выпрямителя. Причем чем больше емкость конденсатора, тем меньше амплитуда пульсаций и чем меньше ток, потребляемый ИБП, тем меньше пульсации. Емкость этого конденсатора разработчики выбирают, исходя из уровня допустимых пульсаций, и при ремонте желательно ставить конденсатор с не меньшей емкостью. И конечно, рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 350...400 В. Напряжение начального смещения поступает на базу Q513 через резисторы R520, R521, R522, R524. В первый момент никаких других сигналов на базу не подается, транзистор Q512 закрыт. Появляется небольшой ток коллектора ключа, и на выводе 1 обмотки обратной связи возникает небольшое напряжение положительной полярности, которое через диод D517 и резистор R524 поступает на базу Q513, вызывая увеличение тока его коллектора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока Q513 не войдет в режим насыщения, при этом Q512 закрыт и влияния на работу ключа не оказывает, т. к. сопротивление фототранзистора оптопары велико и транзистор Q511 закрыт. Далее происходят процессы, описанные в первой части статьи. При запирании транзистора Q513 вся энергия, накопленная трансформатором, пойдет на зарядку конденсаторов фильтров вторичных выпрямителей, причем одного цикла заряда будет недостаточно. Поэтому пауза между импульсами будет минимальна, а время открытого состояния ключа, во время которого энергия накапливается в трансформаторе, — максимально. Момент включения ИБП — самый тяжелый для ключевого транзистора, поэтому почти все неисправности возникают именно в этот момент. После нескольких циклов зарядки конденсаторов вторичных выпрямителей напряжение на их выходах станет близким к номинальному. Начнет работать устройство сравнения на Q553. Эмиттер 0553 подключен к источнику образцового напряжения на стабилитроне D561. Напряжение на стабилитрон подается с выхода +130В через резистор R554 и растет с увеличением напряжения на этом выходе. Когда напряжение на выходе выпрямителя станет больше напряжения стабилизации стабилитрона, напряжение на нем изменяться перестанет, т. е. напряжение на эмиттере Q553 зафиксируется. База Q553 подключена к регулируемому делителю таким образом, что когда напряжение выпрямителя станет близким к +130В, напряжение на базе станет больше, чем напряжение на эмиттере, и транзистор начнет открываться. Так как нагрузкой коллекторной цепи является светодиод оптопары, то через светодиод потечет ток, он начнет излучать световой поток на фототранзистор, сопротивление которого начнет уменьшаться. Причем чем сильнее открыт Q553, тем больше световой поток и тем меньше сопротивление фототранзистора. Фототранзистор подключен к цепи базы Q511, и уменьшение сопротивления фототранзистора вызывает открывание 0511, который в свою очередь влияет на работу Q512. Режим работы Q512 меняется. Теперь, когда положительный импульс обратной связи приходит на базу ключа, часть его напряжения, поступающего через резистор R526, складывается с напряжением, приходящим с 0511, и транзистор Q512 начинает ограничивать амплитуду импульса обратной связи. Чем сильнее открыт Q553 (а также Q511), тем меньше амплитуда импульсов обратной связи, тем раньше выключится ключ и тем меньше энергии накопится в трансформаторе, что вызовет прекращение роста напряжения на выходах вторичных выпрямителей. Теперь наступает рабочий режим ИБП, во время которого происходит слежение за выходным напряжением. При увеличении напряжения на выходе выпрямителя до +130В транзистор Q553 открывается сильнее, световой поток светодиода оптопары увеличивается, сопротивление фототранзистора уменьшается, Q511 открывается больше, смещение на базе Q512 увеличивается, и он сильнее шунтирует цепь базы ключа Q513. Ключ начинает закрываться раньше, и напряжение на выходах вторичных выпрямителей уменьшается. Обратный процесс происходит при уменьшении выходного напряжения +130 В. Что произойдет, если выйдут из строя элементы устройства сравнения, оптопара или другие элементы? Пробой Q553 вызовет резкое уменьшение выходного напряжения или даже срыв генерации, т. к. в этом случае (а также при обрыве R551, R553, R556, пробое D561) светодиод оптопары станет излучать максимальный световой поток, фототранзистор и Q511 максимально откроются, смещение на базе Q512 станет максимальным и он максимально ограничит напряжение обратной связи на базе ключа вплоть до срыва колебаний. К отсутствию запуска приведет обрыв резисторов R520—R521, R524, пробой Q512. В случае, когда оборвутся R552, R555, Q553, светодиод или фототранзистор оптопары, Q511, Q512, R526, преобразователь будет работать в режиме генерации максимальной мощности и быстро выйдет из строя. Остальные элементы устройства, такие как С514, R519, R525, С516, С517, D514, D516 и R517, улучшают условия возбуждения, препятствуют появлению выбросов на коллекторе 0513 и т. д. Защита в этом ИБП минимальна — на входе сетевого питания стоит предохранитель и между сетевым выпрямителем и конденсатором фильтра установлен защитный резистор R502 на 3,9 Ом. Так что защиты практически никакой, резистор сгорит только после того, как пробьется ключ. Импульсный блок питания видеоплеера Funai VIP-500QLR В приведенной на рис. 7 схеме не показано устройство сравнения, т. к. его работа аналогична работе этого узла в телевизоре Sanyo. И вообще, вся схема во многом повторяет рассмотренную выше. Рис.7. Резисторы R4 и R7 — цепь начального смещения ключа Q2. Цепь обратной связи — выводы 4-3 обмотки обратной связи, диод D3, резистор R7. Управляет работой ключа транзистор Q1, на который приходит сигнал рассогласования с оптопары. При изменении сопротивления фототранзистора изменится ток в цепи: плюс питания, R1, фототранзистор оптопары, D1, переход база-эмиттер Q1, минус питания. Резисторы R12 и R13 являются датчиками тока ключа. При прохождении тока коллектора на них появляются импульсы напряжения, которые через диод D2 поступают на базу Q1. Сигнал рассогласования — это медленно изменяющееся напряжение, а импульсы датчика тока — импульсы напряжения, повторяющие форму тока ключа. Эти импульсы складываются с напряжением ошибки и управляют транзистором Q1, который, открываясь при достижении суммарным напряжением определенного порога, ограничивает амплитуду импульсов тока ключа. Таким образом, от напряжения смещения на базе Q1, приходящего с оптрона, зависит время открытого состояния ключа, т. е. напряжение на выходах вторичных выпрямителей. Рис.8. Далее рассмотрим цепь управления ключом, выполненную по другому принципу. Данная цепь с незначительными изменениями применена во многих телевизорах, таких как Akai CT-1405E, Elekta CTR-2066DS и других (рис. 8). На транзисторе Q1 собрано устройство сравнения, его схема практически не отличается от других, рассмотренных раньше. Питается устройство сравнения от отдельной обмотки и выпрямителя D5 с фильтром С2. Начальное смещение на ключ Q4 подается через резистор R7, обычно представляющий собой несколько последовательно включенных резисторов, что объясняется более низкой ценой двух маломощных резисторов по сравнению с одним мощным, рассчитанным на напряжение более 300 В. Цепь обратной связи здесь подключена не так, как мы разбирали раньше. Один вывод обмотки обратной связи подключается как обычно к базе ключа, а другой — на диодный распределитель D3, D4. Что получается в результате? Транзисторы Q2 и Q3, представляющие собой составной транзистор, являются регулируемым сопротивлением. Это сопротивление (между плюсом конденсатора СЗ и эмиттером Q3) зависит от приходящего с Q1 сигнала рассогласования. Так как транзистор Q2 имеет структуру p-n-р, то с увеличением приходящего на базу напряжения его ток коллектора уменьшается, сопротивление составного транзистора увеличивается. Это свойство здесь и используется. Рассмотрим момент запуска. Конденсатор СЗ разряжен. Цепь обратной связи подключена плюсом к базе, минусом через D4 и R9 к общему проводу. Происходит линейное нарастание тока коллектора, которое заканчивается закрыванием транзистора. При этом полярность напряжения на обмотке обратной связи меняется на обратную и этим напряжением через диод D3 заряжается конденсатор СЗ. Конденсатор СЗ окажется подключенным к переходу база-эмиттер ключа через сопротивление составного транзистора минусом на базу и закроет ключ. Время разряда СЗ и закрывающее напряжение зависят от сопротивления составного транзистора. В момент запуска блока питания это сопротивление велико и разрядка конденсатора СЗ не задерживает очередной цикл, однако в установившемся режиме задержка очередного цикла получается достаточной для регулировки средней мощности, отдаваемой в нагрузку. Таким образом, мы видим, что рассматриваемый вариант не является ШИМ. Если в предыдущих устройствах регулированию подвергалось время открытого состояния ключа, то в этом регулируется время закрытого состояния. Владимир Носов Литература: 1. О. В. Колесниченко, И. В. Шишигин, В. А. Обрученков. Интегральные микросхемы зарубежной бытовой видеоаппаратуры. — С.-Пб: Лань, 1996. 2. С. А. Ельяшкевич. Цветные стационарные телевизоры и их ремонт: Справочник. 3-е изд., стереотипное. — М.: КУбК-а, 1996. 3. В. С. Соколов, Ю. И. Пичугин. Ремонт цветных стационарных телевизоров 4УСЦТ. Справочное пособие. — М.: Радио и связь, 1994. 4. С. А. Ельяшкевич, А. Е. Пескин. Телевизоры пятого поколения “Рубин”, “Горизонт”, “Электрон”. Устройство, регулировка, ремонт. — М.: Символ-Р, 1994.   Материал подготовил Ю. Замятин (UA9XPJ).

Copyright © Russian HamRadio

qrx.narod.ru

Основные принципы работы импульсного блока питания - Теоретические материалы - Теория

Здесь мы поговорим об импульсных блоках питания (ИБП), которые на сегодняшний день получили самое широкое распространение и с успехом используются во всех современных радиоэлектронных устройствах.

Прежде всего, эта статья посвящена для начинающих специалистов по ремонту электронной техники, поэтому материал будет изложен в упрощенной форме и поможет понять основные принципы работы ИБП.

Основной принцип, положенный в основу работы ИБП заключается в преобразовании сетевого переменного напряжения (50 Гц) в переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы, которое трансформируется до требуемых значений, выпрямляется и фильтруется.

Преобразование осуществляется с помощью мощного транзистора, работающего в режиме ключа и импульсного трансформатора, вместе образующих схему ВЧ преобразователя. Что касается схемного решения, то здесь возможны два варианта преобразователей: первый –выполняется по схеме импульсного автогенератора (например, такой использовался в ИБП телевизоров 3 – 4 УСЦТ) и второй – с внешним управлением (используется в большинстве современных радиоэлектронных устройств).

Поскольку частота преобразователя обычно выбирается от 18 до 50 кГц, то размеры импульсного трансформатора, а, следовательно, и всего блока питания достаточно компактны, что является немаловажным параметром для современной аппаратуры.

Упрощенная схема импульсного преобразователя с внешним управлением приведена на рисунке 1.

 

Преобразователь выполнен на транзисторе VT1 и трансформаторе Т1. Сетевое напряжение через сетевой фильтр (СФ) подается на сетевой выпрямитель (СВ), где оно выпрямляется, фильтруется конденсатором фильтра Сф и через обмотку W1 трансформатора Т1 подается на коллектор транзистора VT1. При подаче в цепь базы транзистора прямоугольного импульса, транзистор открывается и через него протекает нарастающий ток Iк. Этот же ток будет протекать и через обмотку W1 трансформатора Т1, что приведет к тому, что в сердечнике трансформатора увеличивается магнитный поток, при этом во вторичной обмотке W2 трансформатора наводится ЭДС самоиндукции. В конечном итоге на выходе диода VD появиться положительное напряжение. При этом если мы будем увеличивать длительность импульса приложенного к базе транзистора VT1, во вторичной цепи будет увеличиваться напряжение, т.к энергии будет отдаваться больше, а если уменьшать длительность, соответственно напряжение будет уменьшаться. Таким образом, изменяя длительность импульса в цепи базы транзистора, мы можем изменять выходные напряжения вторичной обмотки Т1, а следовательно осуществлять стабилизацию выходных напряжений БП. Единственное что для этого необходимо - схема, которая будет формировать импульсы запуска и управлять их длительность (широтой). В качестве такой схемы используется ШИМ контроллер. ШИМ – широтно – импульсная модуляция. В состав ШИМ контроллера входит задающий генератор импульсов (определяющий частоту работы преобразователя), схемы защиты, контроля и логическая схема, которая и управляет длительностью импульса.

Для стабилизации выходных напряжений ИБП, схема ШИМ контроллера «должна знать» величину выходных напряжений. Для этих целей используется цепь слежения (или цепь обратной связи), выполненная на оптопаре U1 и резисторе R2. Увеличение напряжения во вторичной цепи трансформатора Т1 приведет к увеличению интенсивности излучения светодиода, а следовательно уменьшению сопротивления перехода фототранзистора (входящих в состав оптопары U1). Что в свою очередь, приведет к увеличению падения напряжения на резисторе R2, который включен последовательно фототранзистору и уменьшению напряжения на выводе 1 ШИМ контроллера. Уменьшение напряжения заставляет логическую схему, входящую в состав ШИМ контроллера, увеличивать длительность импульса до тех пор, пока напряжение на 1-м выводе не будет соответствовать заданным параметрам. При уменьшении напряжения – процесс обратный.

В ИБП используются два принципа реализации цепей слежения – «непосредственный» и «косвенный». Выше описанный метод называется «непосредственный», так как напряжение обратной связи снимается непосредственно с вторичного выпрямителя. При «косвенном» слежении напряжение обратной связи снимается с дополнительной обмотки импульсного трансформатора (рисунок 2).

Уменьшение или увеличение напряжения на обмотке W2, приведет к изменению напряжения и на обмотке W3, которое через резистор R2 также приложено к выводу 1 ШИМ контроллера.

С цепью слежения я думаю, разобрались, теперь давайте рассмотрим такую ситуацию как короткое замыкание (КЗ) в нагрузке ИБП. В этом случае вся энергия, отдаваемая во вторичную цепь ИБП, будет теряться и напряжение на выходе будет практически равно нулю. Соответственно схема ШИМ контроллера будет пытаться увеличить длительность импульса для того, что бы поднять уровень этого напряжения до соответствующего значения. В итоге транзистор VT1 будет все дольше и дольше находиться в открытом состоянии, и через него будет увеличиваться протекающий ток. В конце концов, это приведет к выходу из строя этого транзистора. В ИБП предусмотрена защита транзистора преобразователя от перегрузок по току в таких нештатных ситуациях. Основу ее составляет резистор Rзащ, включенный последовательно в цепь, по которой протекает ток коллектора Iк. Увеличение тока Iк протекающего через транзистор VT1, приведет к увеличению падения напряжения на этом резисторе, а, следовательно, напряжение, подаваемое на вывод 2 ШИМ контроллера также будет уменьшаться. Когда это напряжение снизится до определенного уровня, который соответствует максимально допустимому току транзистора, логическая схема ШИМ контроллера прекратит формирование импульсов на выводе 3 и блок питания перейдет в режим защиты или другими словами отключится.

В заключении хотелось более подробно остановиться на достоинствах ИБП. Как уже упоминалось, частота импульсного преобразователя достаточно высока, в связи с чем, габаритные размеры импульсного трансформатора уменьшены, а значит, как это не парадоксально звучит, стоимость ИБП меньшетрадиционного БП т.к. меньше расход металла на магнитопровод и меди на обмотки, даже не смотря на то, что количество деталей в ИБП увеличивается. Еще одним из достоинств ИБП является малая, по сравнению с обычным БП, емкость конденсатора фильтра вторичного выпрямителя. Уменьшение емкости стало возможным за счет увеличения частоты. И, наконец, КПД импульсного блока питания доходит до 80%. Связано это с тем, что ИБП потребляет энергию электрической сети только во время открытого транзистора преобразователя, при его закрытии энергия в нагрузку отдается за счет разряда конденсатора фильтра вторичной цепи.

К недостаткам можно отнести усложнение схемы ИБП и увеличение импульсных помех излучаемым ИБП. Увеличение помех связано с тем, что транзистор преобразователя работает в ключевом режиме. В таком режиме транзистор является источником импульсных помех, возникающих в моменты переходных процессов транзистора. Это является недостатком любого транзистора работающего в ключевом режиме. Но если транзистор работает с малыми напряжениями (например, транзисторная логика с напряжением в 5В) это не страшно, в нашем же случае напряжение, приложенное к коллектору транзистора, составляет, примерно 315 В. Для борьбы с этими помехами в ИБП используются более сложные схемы сетевых фильтров, чем в обычном БП.

cxema.my1.ru

Анатомия импульсного блока питания SITOP power 20 от фирмы SIEMENS. Запуск блока питания. Диагностика и замена элементов пуска.

Итак, сегодня мы продолжим изучать анатомию импульсного блока питания SITOP power 20. В предыдущих двух статьях были описаны основные поломки, связанные непосредственно с силовой частью преобразователя. А именно выход из строя супрессоров в цепи рекуперации энергии первичной обмотки, и как следствие – выход из строя силовых транзисторов и цепей их управления. После того как эти неисправности были устранены, либо таковых выявлено не было, можно подключать блок питания к трехфазной сети и подавать на него напряжение питания.

Включать блок питания, естественно, нужно в разобранном виде, как это показано на фото ниже.

Замечу, что при первом включении можно обойтись и без нагрузки. Для начала нам достаточного того, что бы он просто запустился. Кстати включать его через лампочки в каждой фазе или понижать питающее напряжение другими способами бессмысленно, так как схема предусматривает защиту от пониженного напряжения питания, и просто не запуститься. По этому подаём на него сразу всё что есть. В целях безопасности посоветую включить его через автомат малой мощности, чтоб тот в случае чего просто выбил, ну и обязательно используйте защитные очки, дабы уберечь ваши глаза от разлетающихся осколков резисторов и транзисторов.

Надеюсь вы еще не передумали его включать и испытывать =).

 Итак, вы его включили, автомат не выбил, ничего не загорелось, но запуска при этом не последовало, зелёный светодиод не загорелся. Значит следующее, что вам необходимо сделать – это проверить питающие напряжения. На фотографии ниже обозначены точки где необходимо проверить питающие напряжения.

Ну и пожалуй покажу более крупным планом, для большей ясности.

Как вы уже поняли, измерять все напряжения нужно относительно вот этого болта слева, там у нас потенциал «земли». Начнём с U1 = 550V — это выпрямленное напряжение питания, в среднем оно колеблется от 530 до 560 вольт. Если же оно гораздо меньше, то проверяем цепи трёхфазного выпрямителя – прозваниваем мост Ларионова и термисторы.

 Далее проверяем напряжение U2 = 2.5 V – это напряжении на ножке Vref, параллельного стабилитрона KA431 (MF2).

При питающем напряжении U1 = 530 – 560 вольт, оно должно быть именно 2.5 вольта, а так как это Vref, то больше оно не поднимется. Если же U2 больше или меньше – это значит, что данный стабилитрон неисправен и его следует заменить (микросхема в корпусе SOT-23 с маркировкой 43А). При данной неисправности блок питания может не запускаться, либо вести себя достаточно неадекватно – самопроизвольно включаться и выключаться, отключаться при набросе нагрузки, не включаться под нагрузкой. Всё будет зависеть от того как у KA431 перегорели внутренности. При нормальном напряжении питания эта микросхема даёт разрешение на пуск ШИМ контроллера, а именно открывает транзистор, подающий питание на ШИМ контроллер. В упрощенном варианте схема выглядит примерно вот так.

Данная схема упрощена, да бы не делать нагромождений, в реальности, же, там несколько больше элементов. А принцип работы её довольно прост. На резисторах R1, R8 и R9 собран делитель напряжения, напряжение которого, в момент включения блока питания, отпирает транзистор VT2, который подключает делитель, собранный на резисторах R1 и R7. Как только напряжение делителя R1, R7  — U2 достигнет значения в 2.5 вольта, параллельный стабилитрон KA431 начнёт пропускать через себя ток базы PNP транзистора VT1, в результате чего он откроется и напряжение с делителя R3-R4 будет приложено к  питанию ШИМ — контроллера UC3843 через резистор R12. В случае если же напряжение питания U1 не достигнет нужного значения и будет значительно ниже 530 -560 В, ток через стабилитрон протекать не будет и к базе транзистора VT1 будет приложено напряжение U3, из-за чего тот будет закрыт. Соответственно питание на ШИМ — контроллер подаваться не будет. Некоторые скажут, что напряжение U2 не может быть стабильно 2.5 вольта, так как делитель пропорциональный, а ножка Vref у КА431 — это всего лишь вход компаратора этой микросхемы, и при увеличении входного напряжение U1, U2 тоже будет увеличиваться больше 2.5 вольт. Но нет! Все дело в диоде VD1, благодаря ему напряжение U2 не будет превышать 2.5 вольта в случае если сам диод или микросхема KA431 исправны.  Благодаря VD1, микросхема KA431 работает как бы сама на себя, стабилизируя своё опорное напряжение. Вот вам доказательства, проведённое моделирование в Proteus. В качестве нагрузки взят светодиодик =)

Теперь, если вы заменили KA431, либо замена не потребовалась, но блок питания все равно не запустился, то проверяем напряжения U3 и U4. U4 – это напряжение питания ШИМ контроллера Vcc (седьмая ножка микросхемы UC3843). Если напряжение U3 = 16V, а U4 в несколько раз меньше или отсутствует, значит, с большой вероятностью вышел из строя PNP транзистор VT1, со схемы выше. Он имеет маркировку 5CW, и по факту это BC807-40. Меняем его.

Допустим, что вы поменяли, этот транзистор и теперь напряжение U3 и U4 нормальные в диапазоне 15-16 вольт, но блок питания снова никак не хочет работать =). Тогда следующее, что мы проверим – это напряжение U5 = 5V, оно же Vref. Это восьмая ножка ШИМ контроллера UC3843 – это опорное напряжение и при нормальной работе всегда составляет 5 Вольт. Так вот если питание контроллера 10, 12, 15 вольт, а Vref отсутствует – это значит, что ШИМ контроллер не исправен и требуется его замена.

Ну и на завершение =). Если после всех манипуляций описанных выше, вы столкнулись с тем что блок питания не запускается, а напряжения U3 и U4 колеблются в диапазоне 7.5 – 8.5 вольт – это скорее всего (с вероятностью 70%), высохший пусковой конденсатор. Пусковой конденсатор нужен для того, чтобы в первый момент времени, ШИМ контроллер запустился от, пониженного через делитель R3 – R4, напряжения сети. При этом делитель рассчитан так, что тока, который он пропускает, не хватит для продолжительной работы ШИМ, а только для заряда пусковой ёмкости до напряжения запуска ШИМ-контроллера. При этом ШИМ контроллер успевает послать несколько сотен импульсов на силовые ключи, те в свою очередь несколько сотен раз коммутируют обмотку силового трансформатора, в результате чего, на вторичных обмотках появится ЭДС. От одной из таких вторичных обмоток и запитывается ШИМ-контроллер для продолжительной работы. Для чего это сделано, я как ни будь расскажу в других статьях. Соответственно, если пусковой конденсатор утратил свою добротность, то его заряда и отдаваемого тока не хватит для пуска. Ниже, на фотографии обозначены места на плате где запаяны данные конденсаторы.

Меняем их на новые, в идеале 47мкФ, но можно и больше.

Почему больше?

При прозвонке схемы вы обнаружите, что плюсовые ножки конденсаторов звонятся с эммитером PNP транзистора VT1 (со схемы выше), коммутирующим питание ШИМ контроллера и с первичной обмоткой трансформатора накачки силовых ключей (питание силовых ключей).

В мануалах на UC3843 рекомендуют брать ёмкость в 47мкФ, но это при условии, что силовой ключ подключен прямо к выходу ШИМ контроллера, а в нашем случае энергия конденсатора будет потребляться также и на питание ключей.

Ну теперь уж с большой вероятностью ваш блок питания должен заработать. Ну а если же нет, то другие более хитрые неисправности мы рассмотрим в следующих статьях. Для чего нам, скорее всего, понадобиться осциллограф.

Ещё раз приведу фотографию печатной платы с отмеченными на ней элементами, которые мы рассмотрели в этой статье.

Спасибо за внимание. Надеюсь данная информация позволит решить вам ряд проблем связанных с выходом из строя данных блоков питания. В первую очередь финансовых=)

Буду рад если вы оставите свои отзывы, и вообще любые комментарии, ниже. =)

redblot.ru

3.6. Основные неисправности, методы их поиска и устранения

3.6. Основные неисправности, методы их поиска и устранения

Проведение ремонтных работ любого электронного устройства в большинстве случаев имеет комплексный характер. Поиск неисправности, ее локализация и устранение проводятся, как правило, с помощью контрольно-диагностических измерительных приборов. После любого вида ремонтно-восстановительных работ необходимо проводить тщательную предварительную проверку функционирования узлов блока питания по методике, приведенной в предыдущем пункте. В некоторых случаях постепенная проверка каскадов позволяет обнаружить дефекты, не выявленные ранее, и проконтролировать правильность проведенных замен элементов. Все операции по измерению электрических режимов работы элементов силового каскада следует проводить согласно рис. 2.21 при подключении источника питания к сети через трансформатор развязки.

При проведении диагностики основных полупроводниковых приборов необходимо проверять и пассивные элементы, задающие электрические режимы функционирования активных компонентов. Нередко дефект, вызванный отказом именно пассивных элементов, является причиной потери работоспособности узла на активных приборах. Перед принятием окончательного решения по поводу замены убедитесь в нормальном состоянии печатных проводников платы и пассивных элементов.

Безусловно, в качестве рекомендаций по проведению ремонтных работ следует особо отметить необходимость всестороннего анализа причин, которые могли привести к появлению дефекта или отказу работоспособности. При выявлении причины нужно восстановить логику действий, вызвавших тот или иной отказ, на основании которых легче спрогнозировать возможные неисправности элементов и локализовать их. Если возникает необходимость замены элементов, ее следует проводить с использованием оригинальных компонентов или самых близких функциональных аналогов. При этом подборе элементов в первую очередь учитываются параметры, наиболее критичные для функционирования в конкретных условиях. К ним могут относиться тепловые режимы, максимальные величины тока или напряжения используемого прибора. Локализовать неисправный узел можно по внешним признакам проявления дефекта и, соответственно, наметить план действий по выявлению возникшей неисправности.

При включении блока питания сгорает предохранитель.

Возможная причина: в каскаде усилителя мощности неисправны силовые транзисторы.

Алгоритм поиска неисправности:

1. При отключенном электропитании импульсного преобразователя тестером провести проверку целостности внутренней структуры силовых транзисторов Q5 и Q6. Дополнительно проверить отсутствие электрического контакта корпусов этих транзисторов с радиатором. Во время проверки транзисторов следует учитывать, что во внутренней структуре мощных полупроводниковых приборов могут быть включены дополнительные диоды между эмиттером и коллектором или между эмиттером и базой.

2. Если требуется замена транзисторов, то аналоги должны соответствовать оригинальным приборам по рабочим уровням напряжений, тока, а также по частотным характеристикам. Выход из строя силовых транзисторов может повлечь за собой отказ пассивных элементов, установленных в базовых цепях транзисторов Q5 и Q6. Перед проведением контрольных прогонов при подключенном напряжении питания эти элементы также должны быть предварительно проверены.

Возможная причина: выход из строя элементов, обеспечивающих режим «медленного» запуска источника питания.

Алгоритм поиска неисправности:

1. Убедиться в целостности печатных проводников, соединяющих элементы R16 и C6 c соответствующими выводами микросхемы IC1.

2. Обязательно проконтролировать соответствие обозначенных на элементах номиналов реальным параметрам, а также отсутствие повреждений на них.

3. Влияние указанных элементов на неисправность можно объяснить следующими обстоятельствами. При подключении источника питания к сети конденсаторы вторичных каналов разряжены и находятся в состоянии КЗ. На начальном этапе запуска схемы преобразователя включается узел принудительного ограничения длительности импульсов управления. Работа узла основана на постепенном заряде конденсатора C6, включенного в дифференцирующую цепь последовательно с резистором R16. Принцип работы узла «медленного» запуска описан в подразделе 3.4.4. Если произошло нарушение соединения конденсатора C6 и резистора R16, то в начальный момент включения источника на выводе IC1/4 спадающий положительный импульс появляться не будет. При отсутствии этого напряжения на IC1/4 компаратор «мертвой зоны» DA1 не будет оказывать влияния на параметры последовательности импульсов. Длительность импульсов возбуждения усилителя мощности будет максимальна, так как источник питания работает практически на короткозамкнутую нагрузку.

Возможная причина: переключатель S1 установлен неправильно, вследствие чего уровень входного напряжения не соответствует номиналу.

Алгоритм поиска неисправности:

1. Если селектор входного напряжения S1 установлен в положение, соответствующее 115 В, то выпрямитель и сетевой фильтр сконфигурированы для работы по схеме удвоителя напряжения. Включение такого источника в сеть 220 В приведет к повышению постоянного напряжения на усилителе мощности до уровня, превышающего 600 В, и повреждению электролитических конденсаторов C10 и C11, транзисторов Q5 и Q6 и элементов в базовых цепях силовых транзисторов.

2. После замены неисправных элементов перед включением источника в реальную сеть питания проведите полный комплекс проверок функционирования усилителя мощьности в соответствии с методикой изложенной в разделе 3.6.

После подачи питания запуска источника не происходит.

Возможная причина: неисправность в цепи фильтрации импульса начального питания.

Алгоритм поиска неисправности:

1. В схеме с самовозбуждением узел начального питания ШИМ преобразователя IC1 подключается к выходу выпрямителя канала +12 В. В схеме, приведенной на рис. 3.2, это диод D18 и RC фильтр на C17, C18 и R31. Если есть повреждение в цепи, связывающей связи указанные элементы, то начальный импульс не дойдет до микросхемы IC1. Если же существуют повреждения конденсаторов в цепи фильтрации, то импульс, действующий на IC1/12, будет очень коротким и внутренняя логика микросхемы не успеет выработать импульсы возбуждения усилителя мощности.

2. Для проверки работы цепи подачи первичного питания на микросхему IC1 при подключении источника питания к сети переменного тока проконтролируйте появление положительного импульса на конденсаторе C18, его сглаживание на C17 и подачу этого напряжения на вывод IC1/12. Контроль появления импульса начального питания, его преобразование в цепи выпрямления и фильтрации и прохождение положительного напряжения на IC1/12 проводить относительно общего провода вторичной цепи.

Возможная причина: отказ элементов каскада задержки включения защиты на транзисторе Q2.

Алгоритм поиска неисправности:

1. В начальный момент включения источника питания вследствие появления импульса положительной полярности на базе Q2 транзистор открывается и шунтирует каскад датчиков перегрузки вторичных цепей на Q1. Если импульс не появляется или неисправен транзистор Q2, шунтирование не происходит. В отсутствие вторичных напряжений транзистор Q1 закрыт и на его коллекторе устанавливается напряжение, равное по уровню опорному, выработанному на IC1/14. Высокий уровень напряжения через диод D4 поступит на IC1/4 и вызовет блокировку ШИМ преобразователя.

2. Контроль срабатывания каскада на транзисторе Q2 проводить при подключении источника питания к сетевому питающему напряжению. Измерения осуществлять относительно общего провода вторичной цепи питания. При нормальной работе каскада на Q2 после появления импульса начального питания на IC1/12 через конденсатор C5 проходит положительный импульс, уровень которого делится на резисторах R4 и R5. Напряжение, пропорциональное соотношению этих сопротивлений, поступает на базу Q2 и открывает его. Транзистор переходит в насыщение. По мере перезаряда конденсатора C5 напряжение на базе Q2 снижается и синхронно с ним закрывается транзистор Q2. Для выявления неисправного элемента необходимо проверить логику срабатывания элементов в каскаде на транзисторе.

3. Если обнаружено, что в базовой цепи Q2 присутствуют отказавшие пассивные компоненты, замените их на элементы, полностью аналогичные по параметрам, так как их номиналы задают временные характеристики начального шунтирования цепи защиты.

В случае отказа транзистора Q2 его можно заменить n-p-n транзистором малой мощности, например КТ3102, в пластиковом корпусе с любым буквенным индексом.

Возможная причина: после включения происходит блокировка ШИМ преобразователя.

Алгоритм поиска неисправности:

1. Блокировка ШИМ преобразователя может возникать из-за сигналов, поступающих на входы IC1/15 и IC1/4. Ложное срабатывание защиты по входу IC1/15 может возникнуть, если нарушены связи между резисторами R13 – R15. Если из трех резисторов с IC1/15 соединен только один R14, то на этом выводе будет отрицательное напряжение, поступающее от датчика длительности импульсов управления на трансформаторе T3. Напряжение на IC1/15 будет ниже уровня общего провода, к которому подключен вывод IC1/16. При таком соотношении напряжений на указанных входах произойдет блокировка импульсных последовательностей на выходах IC1.

2. Для проверки данного узла следует при выключенном источнике питания проверить все соединения элементов, подключенных к IC1/15, на соответствие принципиальной схеме. Если обнаружены повреждения печатных проводников, их следует восстановить. В случае повреждения элементов, их необходимо заменить.

Возможная причина: происходит ложное срабатывание защиты из-за нарушения электрических связей между элементами в эмиттерной цепи Q1.

Алгоритм поиска неисправности:

1. При нормальном режиме работы источника питания транзистор Q1 находится в проводящем состоянии. Уровень напряжения на его коллекторе близок к потенциалу общего провода. Если транзистор Q1 неисправен или нарушены связи между элементами, подключенными к его эмиттеру, напряжение на коллекторе будет иметь положительный уровень. Через диод D4 оно будет подаваться на вывод IC1/4 и приведет к блокировке ШИМ преобразователя. После подачи питания отключение преобразователя в случае неисправности элементов каскада на Q1 происходит довольно быстро, поэтому обычными измерительными приборами зафиксировать момент появления положительного напряжения на аноде D4 оно достаточно сложно.

2. Чтобы убедиться в исправности этого каскада, нужно при выключенном питании проверить правильность соединений элементов, подключенных к эмиттеру Q1. Проверить сам транзистор Q1. Если обнаружен неисправный элемент, его обязательно нужно заменить на аналогичный по параметрам. Транзистор Q1 можно заменить на отечественный аналог КТ3107 с любым буквенным индексом.

Возможная причина: отказ микросхемы ШИМ преобразователя или элементов промежуточного усилителя.

Алгоритм поиска неисправности:

1. При отсутствии воздействий по входам IC1/4 и IC1/15, приводящим к блокировке ШИМ преобразоваля, микросхема IC1 начинает функционировать сразу после подачи питания на ее вывод 12. Проверку исправности микросхемы IC1 следует проводить, предварительно отключив все элементы, воздействующие на входы блокировки работы ШИМ преобразователя. Все нагрузки каналов вторичных напряжений должны быть отсоединены. Для отключения элементов защиты по выводу IC1/4 нужно отпаять один из выводов диода D4. При этом останутся включенными элементы, обеспечивающие процесс «медленного» запуска. Отпаяйте один из выводов резистора R14, при этом будет отключен датчик контроля длительности импульсов возбуждения силового каскада.

2. Включите источник питания. Проверьте генерацию импульса начального питания по появлению положительного напряжения на выводе IC1/14. На выводе IC1/12 должно появиться напряжение +5 В. Появление пилообразного напряжения на выводе IC1/5 будет свидетельствовать о нормальном запуске внутреннего генератора.

3. Если все предыдущие проверки дали положительный результат, проконтролируйте появление импульсов на выводах IC1/11 и IC1/8. Кратковременное появление импульсов на выходах микросхемы может служить признаком нормального ее запуска, но затем она может отключаться вследствие появления сигнала блокировки.

4. Если такой эффект наблюдается, проверьте работоспособность всех элементов, подключенных к выводам IC1/1,2,4,15. Полное отсутствие переменных сигналов на сигнальных выводах и напряжения + 5 В на IC1/14 указывает на отказ микросхемы и необходимость ее замены.

5. После проведения необходимых замен элементов все соединения восстановите.

6. Окончательное тестирование отремонтированного источника питания должно проводиться при полной комплектации с подключением всех узлов защиты.

Возможная причина: выход из строя резисторов смещения в базовых цепях силовых транзисторов.

Алгоритм поиска неисправности:

Если в результате проверок предыдущих пунктов обнаружено отсутствие импульса начального питания микросхемы IC1, необходимо проверить исправность элементов в базовых цепях силовых транзисторов. Отсутствие положительного смещения в базовых цепях Q5 и Q6 приведет к нарушению условий автогенерации начального импульса питания и к невозможности запуска.

Проверку проводить при отключенном напряжении питания.

Возможная причина: выход из строя резисторов в делителе на R7 и R8.

Алгоритм поиска неисправности:

1. Если неисправен резистор R7, то вывод IC1/1 постоянно подключен к общему проводу через R8. На входах усилителя ошибки DA3 (схема на рис. 2.7) постоянно будет присутствовать сигнал рассогласования, заставляющий ШИМ преобразователь увеличивать длительность импульсов управления силовыми транзисторами. В результате напряжения во вторичных каналах будут чрезмерно возрастать, и включится защита по каналу +12 В. Либо от датчика на трансформаторе T3 на микросхему IC1 поступит сигнал, свидетельствующий о слишком большой длительности импульсов управления, что также вызовет блокировку ШИМ преобразователя.

2. Отказ резистора R8 приведет к тому, что во вторичных каналах уровни напряжений не будут повышаться до номинальных значений. Сопротивления резисторов в плечах делителей на R7, R8 и R9, R10 должны быть примерно одинаковы. Проверьте правильность соединений этих резисторов и их номиналы.

Короткое замыкание в канале с отрицательным номиналом напряжения не вызывает блокировки источника.

Возможная причина: нарушение электрических связей в канале защиты от перегрузки на Q1.

Алгоритм поиска неисправности:

Такой эффект может возникнуть при КЗ в канале -5 В, если неисправен диод D2 или он не подсоединен к выходу этого канала. Проверьте исправность диода и корректность его подключения в электрической цепи.

Вторичные напряжения в норме. С данным блоком питания компьютер не включается.

Возможная причина: нарушение работы узла формирования сигнала «питание в норме».

Алгоритм поиска неисправности:

1. Каскад на транзисторе Q7 вырабатывает сигнал высокого логического уровня с задержкой относительно времени установления вторичных напряжений. При включении источника питания и появлении вторичного напряжения +5 В на базе Q7 возникает положительный импульс, открывающий транзистор. На его коллекторе устанавливается напряжение, близкое к потенциалу общего провода. Постепенно положительный заряд на отрицательной обкладке конденсатора C22 спадает и транзистор Q7 закрывается. На коллекторе появляется напряжение, уровень которого равен значению, установившемуся во вторичном канале +5 В. В отсутствие этого сигнала не произойдет инициализации логики компьютерной системы. 2. Для того чтобы идентифицировать неисправность в каскаде формирования сигнала «питание в норме», при включении источника проследите логику срабатывания элементов, подключенных к транзистору Q7 и самого транзистора. Отказавший элемент замените.

В одном из вторичных каналов напряжение не достигает номинального уровня.

Возможная причина: отказ одного из диодов выпрямителя или отсутствие у него электрической связи с вторичной обмоткой.

Алгоритм поиска неисправности:

1. Если произошел отказ выпрямительного диода, то в контролируемый канал будет поступать энергии в два раза меньше номинального уровня.

2. Проверьте электрические соединения выпрямительных диодов и их исправность. В случае отказа, замените на аналогичный по параметрам. Поделитесь на страничке

Следующая глава >

tech.wikireading.ru

---

• 
  В первичный момент запуска импульсного бп он находится в состоянии
• 
  Стабилизатор для генератора
• 
  Стабилизатор для генератора
• 
  Что такое болгарка
• 
  Что такое болгарка
• 
  Ремонт ресанта
• 
  Ремонт ресанта
• 
  Температура плавления бронзы и латуни
• 
  Температура плавления бронзы и латуни
• 
  Классификация чугунов
• 
  Классификация чугунов