Андрей Кашкаров - Устройства импульсного электропитания для альтернативных энергоисточников
В диагональ моста, между точкой соединения конденсаторов С1, С 2 и точкой соединения эмиттера VT1 и коллектора VT2, подключается первичная обмотка трансформатора TV. Действие схемы основано на поочередном открывании транзисторов VT1 и VT2, которые работают в ключевом режиме. Вывод первичной обмотки трансформатора TV, соединенный с транзисторами, попеременно подключается то к положительному полюсу первичного источника питания (VT1 открыт, VT2 закрыт), то к отрицательному полюсу (VT2 открыт, VT1 закрыт). В первом случае ток протекает через транзистор VT1 — обмотку трансформатора TV — конденсатор С2.
Во втором случае — через конденсатор С1 — обмотку трансформатора TV — транзистор VT2.
Таким образом, в каждом цикле работы преобразователя через первичную обмотку трансформатора TV протекает ток — как в прямом, так и обратном направлениях.
При одинаковых временных интервалах открывания каждого из транзисторов и равенстве емкостей конденсаторов С1 и С2 в точке их соединения устанавливается напряжение, равное половине напряжения питания.
Переменное напряжение на первичной обмотке TV представляет собой импульсы прямоугольной формы.
Таким образом, амплитудное значение импульсного тока, протекающего через транзисторы VT1 и VT2, сопоставимо с аналогичным параметром для однотактного преобразователя.
Последовательность открывания транзисторов устанавливается внешней схемой управления, примером которой служит ШИМ-регулятор.
Электрическая схема, показанная на рис. 2.5, предполагает питание постоянным или выпрямленным и отфильтрованным напряжением.
В качестве конденсаторов для С1 и С2 необходимо применять лакопленочные или бумажные конденсаторы, рассчитанные на применение в диапазоне частот работы высокочастотного преобразователя, при значительном напряжении пульсаций на них.
Симметрирование работы силовых транзисторов благоприятно отражается на их тепловом режиме. Максимальное напряжение коллектор-эмиттер каждого из транзисторов в схеме полумостового усилителя равно напряжению питания.
Представленная в настоящем разделе схема имеет ряд неоспоримых достоинств.
Основным считается способ включения трансформатора TV в силовую цепь, при котором исключается насыщение его сердечника вследствие разбросов по длительности и амплитуде воздействующих на него импульсов разной полярности.
Используя схему внешнего управления, можно исключить протекание сквозных токов через транзисторы. Активные элементы, применяемые в полумостовом усилителе, могут иметь низкие предельные параметры.
2.3. Схемотехника ИИП с несколькими выходными напряжениями для разной токовой нагрузки
Современные источники питания, применяемые в широком спектре пользовательских задач, имеют функцию дистанционного включения, независимый канал питания элементов дежурного режима с номиналом +5 В. Однако многофункциональные ИИП, к которым можно отнести блоки питания персональных компьютеров различного форм-фактора и назначения, имеют и несколько дополнительных каналов, обеспечивающих выходные напряжения положительной и даже отрицательной полярности.
Номинальные значения каналов вторичных напряжений и их основные параметры приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1. Основные параметры вторичных каналов ИИП
Измерения вторичных напряжений необходимо проводить на контактах разъемных соединителей, предназначенных для подключения к устройствам.
Так, канал +3,3 В должен иметь запас по напряжению в 100 мВ для компенсации падения на соединительных проводниках и проводниках печатной платы. Кроме того:
• суммарная мощность по каналам +5 В и +3,3 В не должна превышать 225 Вт;
• токовая нагрузка по каналу +5 В должна превышать или быть эквивалентной нагрузке канала +3,3 В;
• разница времени нарастания напряжения канала +5 В до минимального значения диапазона регулирования и соответствующего значения по каналу +3,3 В не должна быть более 20 мс;
• источник должен быть снабжен встроенной защитой цепей преобразователя от короткого замыкания по каналам +5 В и + 12 В;
• общий провод питания вторичных каналов напряжения должен иметь соединение с металлическим корпусом источника питания;
• преобразователь должен сохранять значения выходных напряжений в течение 17 мс после отключения первичного питающего напряжения;
• пульсации определяются как случайные или периодические отклонения от номинального значения напряжения с частотами в диапазоне от 10 Гц до 20 МГц. Для измерений должна использоваться емкостная нагрузка из комбинации керамического конденсатора емкостью 0,1 мкФ и электролитического конденсатора емкостью 10 мкФ.
Требования к условиям эксплуатации следующие:
• температура полупроводниковых элементов в источнике питания не должна превышать +110 °C при температуре окружающей среды +50 °C;
• корпус конденсаторов не должен нагреваться более 95 % от максимального значения, приведенного в паспорте;
• используемые резисторы должны иметь запас по мощности не менее 30 % от паспортного значения;
• изменение параметров элементов по максимально допустимым значениям напряжения и тока не должно быть более 10 % при температуре +50 °C.
При любом повреждении цепи первичного преобразователя никакие части источника не должны воспламеняться, создавать задымление, вызывать различного рода шум, печатная плата не должна обугливаться и иметь оплавленные проводники.
Большинство производителей ИИП придерживается определенных стандартов, унификации.
К примеру, в ИИП для ПК нового поколения 20-контактный разъем предназначен для подключения к системной плате персонального компьютера.
Тип такого разъемного соединителя — MOLEX 39 01 2200 или аналогичный. Разводка разъема стандартизована.
В табл. 2.2 приведена разводка вторичных напряжений и служебных сигналов по контактам этого разъема.
Таблица 2.2. Разводка системного разъема питания современного системного блока компьютера
С помощью 4-контактных разъемов большего размера подключаются периферийные устройства и вентилятор процессора. Тип этих разъемов обязательно должен быть аналогичным АМР 1 480424 0 либо MOLEX 8981 04Р.
Цвет подводящих проводов и значение напряжений на контактах разъемов следующие:
1 — желтый, +12 В;
2, 3 — черные, общий;
4 — красный, +5 В.
Самые маленькие ответные части разъемов типа АМР 171822 4 предназначены для соединения с другими устройствами и блоками. Цвет подводящих проводов и значение напряжений на контактах для них следующие:
1 — красный, +5 В;
2, 3 — черный, общий;
4 — желтый, +12 В.
К примеру, для ИИП с выходной мощностью более 500 Вт применяется дополнительный разъем типа MOLEX 90331 0010. Цвет подводящих проводов и значение напряжений на контактах для него:
1, 2, 3 — черные, общий;
4, 5 — коричневый или оранжевый, +3,3 В;
6 — красный, +5 В.
На корпусе источника питания наклеена этикетка, на которой приведена цветовая маркировка проводников вторичного питания.
К выходу сетевого фильтра подключается выпрямитель, выполненный по двухполупериодной схеме. В его состав входит селектор входного питающего напряжения — переключатель, установленный в корпусе источника питания. Позиции переключателя обозначены на его движке.
Положение переключателя определяется по маркировке, которая видна через специальное окошко. С его помощью осуществляется выбор номинала напряжения питающей сети 115 или 220 В.
Нагрузкой выпрямителя являются полумостовой усилитель мощности основного высокочастотного преобразователя напряжения первичной сети и маломощная схема автогенераторного вспомогательного источника.
Во вторичную цепь AB И включена схема линейного параметрического стабилизатора для формирования напряжения +5 В, обеспечивающая питание элементов компьютера в течение дежурного режима.
Для гальванической развязки с вторичными напряжениями питания к усилителю мощности подключен импульсный трансформатор Т3. Позиционное обозначение трансформатора соответствует принципиальной схеме источника питания. Импульсные напряжения со вторичных обмоток трансформатора поступают на блок выпрямителей.
В схемах выпрямителей вторичных напряжений используются диоды различных модификаций, что определяется номинальной токовой нагрузкой каждого отдельного канала.
Во вторичном канале напряжения +3,3 В введен дополнительный и достаточно эффективный стабилизатор.
Регулировка вторичных напряжений реализуется с помощью схемы обратной связи, электронный узел которой, в свою очередь, подключен к выходам блока фильтров.
