Андрей Кашкаров - Устройства импульсного электропитания для альтернативных энергоисточников
Принцип работы электрической схемы, приведенной на рис. 1.14, становится понятным, если проследить динамику процесса появления питающих напряжений в каскаде ШИМ-преобразователя.
Рис. 1.14. Электрическая схема ШИМ-управления
Когда источник питания подключается к первичной сети, возбуждается схема обеспечения начального питания каскада ШИМ-управления. Появляется напряжение питания этого каскада, поступающее на TL494/12. При достижении этим напряжением уровня +7 В (примерно) происходит запуск внутренних функциональных узлов схемы ШИМ-преобразователя, а на его вывод 14 поступает опорное напряжение с номинальным уровнем +5 В.
Этим опорным напряжением питается микросхема компаратора, и от него же устанавливается уровень напряжения на выводах 5 и 6. В это время продолжается увеличение потенциала на TL494/14 и, соответственно, на стабилитроне D1. Пока его напряжение не превысит уровня стабилизации, потенциал на резисторе R1 будет оставаться нулевым.
Уровень на выходе верхнего по схеме компаратора также нулевой. На аноде диода D3, соединенном с входом 4 второго компаратора, напряжение имеет значение +0,8 В, до этого уровня через резистор R4 и заряжается конденсатор С1. Так как опорное напряжение на входе 5 больше уровня на входе 4, на выходе второго компаратора устанавливается напряжение, равное опорному.
Высокий уровень инвертируется транзисторным ключом Q1.
Когда происходит «пробой» стабилитрона и напряжение на резисторе R1 достигает уровня опоры, установленной на входе DA1/7, компаратор переключается. Диод D3 оказывается под закрывающим напряжением. Напряжение на аноде D3 плавно повышается благодаря заряду конденсатора С1. Постоянная времени заряда зависит от значения емкости самого конденсатора С1 и резистора R4. Потенциал на С1 нарастает до уровня опорного напряжения. В момент сравнения напряжений на входах DA2/4 и DA2/5 компаратор DA2 опрокидывается, и на его выходе уровень спадает практически до потенциала общего провода. Транзисторный ключ на Q1 закрывается, на его коллекторе напряжение равно уровню, который в данный момент достигнут во вторичном канале +5 В.
Применение компараторов в схеме обеспечивает формирование выходного сигнала с крутым фронтом. Без них изменение напряжения в цепи PG происходило бы плавно, отслеживая нарастание или спад уровня на конденсаторе С1.
На рис. 1.15 показан фрагмент принципиальной схемы вторичной цепи импульсного источника питания.
В состав фрагмента включена цепь выпрямления и фильтрации напряжения канала +5 В, а также узел, вырабатывающий сигнал POWERGOOD, выполненный с применением компараторов из микросхемы LM339.
Рис. 1.15. Фрагмент принципиальной схемы вторичной цепи ИИП
Особенность данной схемы состоит в том, что при включении источника питания происходит формирование сигнала «питание в норме» с задержкой относительно вторичных напряжений, а при отключении блока питания от сети этот служебный сигнал снимается до спада уровней вторичных напряжений.
Для работы узла формирования сигнала «питание в норме» используются только вторичные напряжения источника питания. Питание компараторов микросхемы LM339 осуществляется от стабилизированного напряжения канала +5 В.
Этим же напряжением устанавливаются опорные уровни на входах компаратора. К одному из выводов вторичной обмотки канала +5 В подключен однополупериодный выпрямитель положительного напряжения на диоде D1.
Выпрямитель нагружен на RC-фильтр (элементы RI, С1) и резистивный делитель на резисторах R2 и R3. Керамический конденсатор С1 имеет относительно небольшую емкость (несколько тысяч пикофарад), по сравнению с фильтрующими конденсаторами, установленными на выходе канала +5 В.
Заряд С1 происходит очень быстро и достигает уровня, равного амплитуде действующих на вторичной обмотке импульсов, то есть 10 В.
Когда напряжение на выводе LM339/3 возрастет до минимального уровня питания компараторов, на входе LM339/9 начнет действовать потенциал, превышающий значение напряжения на LM339/8. Напряжение на выходе компаратора DA1/14 в этой ситуации имеет высокий уровень, его абсолютное значение определяется степенью заряда выходных конденсаторов канала +5 В. С некоторой задержкой относительно вывода 9 напряжение нарастает на входе 10, а уровень напряжения на LM339/11 зависит от времени заряда конденсатора С5. Заряд происходит через резистор R9.
Емкость конденсатора С5 может составлять несколько микрофарад, а сопротивление резистора R9 — примерно 50 кОм. Между выводами 9 и 11 включен резистор R7 достаточно большого номинала, благодаря которому обеспечивается развязка, а также разнесение по времени нарастания напряжений на них.
В начальный момент работы схемы, когда заряд на конденсаторе С5 полностью отсутствует и ток, протекающий через него, максимален, напряжение на выводе LM339/11 определяется соотношением сопротивлений резисторов R7 и R8. Сопротивление R8 во много раз меньше, чем у резистора R7, поэтому потенциал в точке их соединения близок к уровню общего провода.
Цепь заряда конденсатора С4 также имеет меньшую постоянную времени, чем цепь заряда конденсатора С5, поэтому более высокий уровень напряжения первоначально появляется на входе LM339/10. Выходное напряжение компаратора DA2 практически сразу после включения источника имеет на выходе низкий уровень. Через сопротивления резисторов R8 и R9 заряжается конденсатор С5. Когда напряжение на нем превысит потенциал на конденсаторе С4, произойдет переключение DA2, и на его выходе скачком появится высокий уровень напряжения.
Конденсаторы цепи фильтрации импульсного напряжения «канала +5 В» имеют относительно большую емкость, чтобы сохранять заряд после отключения источника питания от сети. В цепи выпрямителя на диоде D1 установлен конденсатор небольшой емкости, уровень напряжения на котором быстро изменяется при флуктуациях напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т.
В результате исчезновения импульсов напряжения на вторичной обмотке конденсатор С1 быстро разрядится.
В точке соединения резисторов R2 и R3 уровень также упадет раньше, чем это произойдет на входе LM339/8. Уровень на выходе компаратора DA1 изменится от высокого к низкому. Выходной транзистор компаратора DA1 будет открыт, и через него начнется разряд конденсатора С5. Постоянная времени разряда этого конденсатора зависит от его собственной емкости и величины сопротивления резистора R8. Однако она значительно меньше, чем постоянная времени разряда конденсатора С4. Спад напряжения на С5 произойдет быстрее, чем на С4.
На выходе компаратора DA2 высокий уровень также изменится на низкий. Сброс активного уровня на шине «питание в норме» информирует центральный процессор системного блока о необходимости завершения рабочего цикла и остановки.
1.3. Рекомендации по выявлению неисправностей ИИП
Все предварительные проверки функционирования отдельных узлов импульсного преобразователя должны производиться только от внешних источников питания. Применение иных источников питания и особенно подключение преобразователя непосредственно к сети переменного тока 220 В может привести к дальнейшему повреждению тестируемого прибора.
Для рекомендаций по поиску неисправностей и ремонту обратимся непосредственно к электрической схеме на рис. 1.3.
1.3.1. Проверка каскада ШИМ-преобразователя
Если в процессе функционирования источника питания отмечены отклонения от его нормального режима работы или произошел полный его отказ, проверку работоспособности преобразователя следует производить поэтапно, последовательно включая узлы схемы. Последовательная проверка необходима как для локализации неисправности, так и для обеспечения максимальной личной безопасности.
Для облегчения собственной работы по проверке функционирования каскадов формирования ШИМ-последовательностей следует предварительно выяснить следующие ключевые моменты:
• какой способ подачи питания на ШИМ-преобразователь применяется в данном изделии;
• какая схема защиты используется; при этом необходимо определить цепи микросхемы TL494, к которым подключаются каскады защиты.
Правильная идентификация типа схемы позволит правильно подключить внешние источники питания и измерительные приборы.
На начальном этапе целесообразно проконтролировать корректность процесса генерации импульсных последовательностей на выходах микросхемы IC1 и формирования сигналов внешнего возбуждения промежуточным усилителем на транзисторах Q3 и Q4.
Для проверки работоспособности этих узлов достаточно двух источников стабилизированных положительных напряжений, а также любого осциллографа.
