СХЕМЫ ЗАЩИТЫ

Бытовая электроника / Стабилизаторы, источники питания - бытовая электро
Administrator
2 119
17-03-2017, 20:20
0

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»

Все защитные схемы, предусмотренные в схеме каждого конкретного ИБП, можно объединять под общим названием "комбинированной защиты", т.к. срабатывание любой из этих защитных схем ведет к отключению всех питающих напряжений от схемы компьютера посредством воздействия на управляющую микросхему ИБП.
Все выходные каналы рассматриваемого класса ИБП можно условно, разделить на слабо- и сильноточные. Условно сильноточными являются каналы положительных выходных напряжений +5В и +12В. Условно слаботочными являются каналы отрицательных выходных напряжений -5В и -12В.
Проводя анализ работы разнообразных готовых защит, следует четко представлять себе их назначение, которое заключается в ограничении потребляемого от сети тока. Это делается для того, чтобы предотвратить выжигание чрезмерно большим током в первую очередь силовых транзисторов инвертора.
Данные схемы отличаются большим разнообразием. Тем не менее, несмотря на обилие конкретных схемных решений, схемы защиты от КЗ можно классифицировать, во-первых, по функциональному назначению:
• защита от КЗ в нагрузке сильноточных каналов (+5В,+12В);
• защита от КЗ в нагрузке слаботочных каналов (-5В,-12В).
Необходимость раздельной организации защит для слаботочных и сильноточных каналов объясняется тем, что чувствительность схемы защиты по сильноточным каналам недостаточна для случая КЗ в слаботочных каналах.
Допустимая максимальная величина тока нагрузки в слаботочных каналах не превышает 1А. Превышение этого порога означает возникновение аварийной ситуации.
Для сильноточных каналов суммарный ток нагрузки 15-20А не является аварийным. Поэтому при токах нагрузки до 20-25А ( в зависимости от максимальной выходной мощности ИБП) токовая защита срабатывать не должна. Это означает, что КЗ в слаботочном канале не будет классифицировано схемой управления как аварийный режим из-за того, что порог срабатывания сильноточной защиты намного превышает величину тока КЗ в слаботочных каналах. Другими словами, КЗ в слаботочных каналах не приведет к срабатыванию токовой защиты. Поэтому схема защиты от КЗ в слаботочных каналах реализуется отдельно, как более чувствительная.
Необходимость организации защиты от КЗ в нагрузке слаботочных каналов, казалось бы, лишена смысла. Действительно, ток КЗ слаботочных каналов относительно невелик, а значит, и ширина управляющих импульсов на базах силовых транзисторов инвертора не будет в этом случае чрезмерно большой. Другими словами, ИБП смог бы "выдержать" такой режим и продолжал бы работать без опасных последствий для силовых транзисторов инвертора. Однако такой режим является ненормальным и опасен для самой нагрузки, так как при КЗ в каком-либо из узлов компьютера невозможна нормальная его работа. Следовательно, при КЗ в нагрузке слаботочных каналов необходимо производить защитное отключение всех выходных напряжений ИБП от схемы компьютера, так же как и в случае КЗ в нагрузке сильноточных каналов.
Полный состав комбинированной защиты включает в себя:
• схему контроля ширины управляющего импульса;
• схему защитного отключения при КЗ в нагрузке слаботочных каналов;
• схему защиты от выходного перенапряжения.
Остановимся подробнее на механизмах защитного отключения и ограничения максимальной ширины управляющего импульса. Оба эти механизма заложены в архитектуру ИМС TL494 и являются базовыми при конструировании разных защитных схем. В классическом варианте построения комбинированной защиты возникновение КЗ в нагрузке слаботочных каналов сразу же ведет к защитному отключению. При возникновении КЗ в нагрузке сильноточных каналов сначала управляющая микросхема переходит в режим ограничения, и если КЗ продолжает развиваться, то происходит защитное отключение.
Суть и смысл защитного отключения заключаются в том, чтобы силовые транзисторы инвертора переставали переключаться и оставались бы в закрытом состоянии неограниченно долго при возникновении аварийной ситуации, называемой коротким замыканием в нагрузке любого из выходных каналов ИБП. Для того чтобы оба силовых транзистора инвертора оказались закрыты одновременно, на их базах не должно быть управляющих импульсов. Тогда первичная обмотка силового импульсного трансформатора окажется отключенной от шины выпрямленного напряжения сети и, следовательно, через первичную обмотку и силовые транзисторы не будет протекать ток. Поэтому силовые транзисторы не будут подвержены опасности выжигания этим чрезмерно большим током при КЗ на вторичной стороне. Таким образом при исчезновении управляющих импульсов на базах силовых транзисторов желаемый защитный эффект будет достигнут.
Источником (генератором) управляющих импульсов является микросхема TL494. Поэтому для осуществления защитного отключения необходимо заблокировать ее работу. Это можно сделать, если принудительно заставить любой из компараторов DA1, DA2 прекратить переключения и перейти в статическое состояние с постоянным высоким уровнем напряжения (логическая 1) на выходе. Тогда работа всего цифрового тракта микросхемы будет заблокирована. Оба выходных транзистора ее окажутся в статическом закрытом состоянии и управляющие импульсы на выводах 8 и 11 (либо 9 и 10) исчезнут, превратившись в статические потенциалы, которые не могут передаться на базы силовых транзисторов, т.к. связь с ними осуществляется через управляющий трансформатор DT. Для того чтобы прекратить переключения компаратора DA1 либо DA2, достаточно на его неинвертирующий вход (вывод 4 для компаратора, DA1 либо вывод 3 для компаратора DA2) подать статический потенциал, превышающий амплитуду пилообразного напряжения, поступающего на инвертирующие входы обоих компараторов (вывод 5) с выхода генератора пилообразного напряжения DA6. Амплитуда пилообразного напряжения, как отмечалось ранее, составляет +3.2В. Поэтому, если построить схему защиты так, что на вывод 4 либо на вывод 3 ИМС TL494 в результате короткого замыкания в нагрузке будет подан статический потенциал, превышающий +3.2В, то произойдет блокировка работы ИМС. Однако необходимо отметить, что генератор пилообразного напряжения при этом не прекращает своей работы, т.е., несмотря на отсутствие выходных импульсов, пилообразное напряжение продолжает вырабатываться.
Этот базовый принцип и положен в основу построения всех вариантов схем защитного отключения, применяемых в разных схемах ИБП на основе управляющей микросхемы TL494. При этом необходимо понимать, что термин "защитное отключение" подразумевает отключение (закрывание) именно силовых транзисторов инвертора, а не управляющей микросхемы, которая продолжает работать в специфическом режиме блокировки ее цифрового тракта до тех пор, пока на шине питания микросхемы Upom имеется напряжение, превышающее уровень+7В.
Датчиком для типовой схемы защитного отключения обычно является диодно-резистивньй либо резистивный делитель, подключаемый к шинам выходных напряжений ИБП. Такой делитель "контролирует" уровень напряжения на этих шинах. При КЗ в нагрузке какой-либо из контролируемых шин изменяется распределение потенциалов в узлах такого делителя-датчика, что и является сигналом на срабатывание для схемы защитного отключения.
Механизм ограничения максимальной длительности управляющего импульса имеет другую структуру. Из функциональной схемы микросхемы TL494 (рис.12) видно, что напряжение на неинвертирующем входе ШИМ-компаратора DA2 определяется наибольшим из выходных напряжений двух усилителей ошибки DA3, DA4.
Для того чтобы выходные напряжения усилителей DA3, DA4 не влияли бы друг на друга, выходы этих усилителей подключены к неинвертирующему входу ШИМ-компаратора DA2 через развязывающие диоды, расположенные внутри микросхемы.
Основная идея, заложенная в построение механизма ограничения, состоит в том, что усилитель DA4 включается так; чтобы изменение его выходного напряжения при растущей ширине управляющих импульсов, было бы противоположным изменению выходного напряжения усилителя DA3.
Рассмотрим динамику процесса ограничения.
Пусть в нагрузке какого-либо из сильноточных каналов ИБП возник режим повышенного токопот-ребления (начальная стадия КЗ). Выходное напряжение в канале +5В уменьшается. Это уменьшение через цепь обратной связи передается на неинвертирующий вход усилителя ошибки DA3 (вывод 1 микросхемы). Выходное напряжение DA3, а значит, и напряжение на неинвертирующем входе ШИМ-компараторе DA2 начинает уменьшаться. Благодаря этому ширина выходных управляющих импульсов микросхемы возрастает, т.е. управляющая микросхема стремится поддержать выходные напряжения ИБП на прежнем уровне за счет увеличения времени открытого состояния силовых транзисторов. На один из входов усилителя ошибки DA4 подается сигнал обратной связи, уровень которого пропорционален ширине управляющих импульсов ( времени открытого состояния силовых транзисторов). Уровень этого сигнала в рассматриваемой ситуации будет возрастать. При этом DA4 включается так, что выходное напряжение его с ростом уровня сигнала обратной связи также растет. В результате имеют место два противоположно направленных процесса. Выходное напряжение усилителя ошибки DA3 уменьшается (как результат уменьшения выходных напряжений ИБП), а выходное напряжение усилителя ошибки DA4 растет (как результат увеличения ширины управляющих импульсов). Пока выходное напряжение усилителя DA3 превышает выходное напряжение усилителя DA4, оно является превалирующим и определяет уровень напряжения на неинвертирующем входе ШИМ-компаратора DA2, а значит, и ширину выходных импульсов, которая растет со скоростью, равной скорости уменьшения выходного напряжения усилителя DA3.
Однако наступает момент, когда убывающее выходное напряжение усилителя DA3 сравнивается с растущим выходным напряжением усилителя DA4. После этого выходное напряжение усилителя DA3 становится меньше, чем выходное напряжение усилителя DA4 и перестает влиять на ширину выходных импульсов микросхемы. Другими словами, в этот момент происходит "передача" управляющих функций от усилителя DA3 к усилителю DA4. Ширина выходных импульсов определяется теперь только выходным напряжением усилителя DA4, которое не зависит от уровня выходных напряжений ИБП и сигнала обратной связи на выводе 1 микросхемы. Поэтому увеличение ширины выходных импульсов прекращается.
Параметры элементов схемы рассчитываются таким образом, чтобы ограничение происходило на безопасном для транзисторов инвертора уровне. При этом скорость, с которой система переходит в режим ограничения, а также уровень этого ограничения, зависят от наличия и глубины обратных связей, которые могут организовываться с помощью внешних RC-цепочек в различной комбинации, охватывающих усилитель ошибки DA4.
Далее микросхема переходит в специфический режим работы называемый режимом ограничения. Этот режим характеризуется тем, что ширина управляющих импульсов на выходах микросхемы неизменна и не зависит от уровня выходных напряжений ИБП.
Другими словами, механизм ШИМ в режиме ограничения отключается (не действует).
Если КЗ в нагрузке самоустранилось по истечении некоторого времени, то накопительные конденсаторы вторичной стороны быстро заряжаются. Поэтому сигнал обратной связи, поступающий на неинвертирующий вход усилителя DA3, начинает возрастать. Следовательно, начинает возрастать и выходное напряжение DA3. Когда это напряжение достигнет уровня выходного напряжения усилителя DA4, то вновь произойдет передача управления и управляющие функции перейдут от усилителя DA4 к усилителю DA3.
Если КЗ в нагрузке не самоустранилось, то поскольку имеет место режим ограничения, микросхема не в состоянии поддерживать напряжения на выходных шинах ИБП. Поэтому выходные напряжения ИБП быстро уменьшаются, что приводит в большинстве практических схем ИБП к срабатыванию механизма защитного отключения.
Защитное отключение, как было показано выше, имеет своим результатом прекращение протекания тока через силовые транзисторы и первичную обмотку импульсного трансформатора. Поэтому сигнал от токового датчика, поступающий на усилитель ошибки DA4, становится равным 0. Схема ИБП приходит в исходное состояние. Поэтому срабатывает схема пуска и ИБП попытается вновь выйти в номинальный режим. Если за это время КЗ в нагрузке самоустранилось, то выход на режим ничем не будет отличаться от первоначального запуска при включении ИБП в сеть. Если же КЗ не самоустранилось, то процессы повторятся, и ИБП перейдет в специфический аварийный "икающий" режим, который представляет собой периодически повторяющийся процесс защитного отключения.
В качестве датчика ширины управляющих импульсов могут использоваться разные элементы. Информацию о ширине управляющих импульсов можно получить как с первичной, так и со вторичной стороны ИБП. Поэтому традиционными являются два основных способа, которые позволяют получить желаемый эффект контроля при минимальных затратах и простоте схемотехнической реализации.
Первый из этих способов заключается в том, что управляющие импульсы снимаются либо со средней точки первичной обмотки управляющего трансформатора (DT), либо со специальной дополнительной обмотки этого трансформатора, которые находятся на вторичной стороне ИБП. Далее из этой импульсной последовательности выделяется постоянная составляющая. Уровень этой составляющей и несет в себе информацию о ширине управляющих импульсов.
Способ получения информации о ширине управляющих импульсов с первичной стороны ИБП заключается в том, что в цепь протекания тока первичной обмотки силового импульсного трансформатора последовательно включается первичная (токовая) обмотка трансформатора тока. Применение а качестве датчика такого элемента как трансформатор объясняется необходимостью гальванической развязки вторичной стороны ИБП от первичной.
Ток через первичную обмотку силового импульсного трансформатора имеет импульсную форму, причем ширина токовых импульсов определяется временем открытого состояния силовых транзисторов инвертора, т.е. шириной управляющих импульсов на базах этих транзисторов. Поэтому напряжение на нагрузке вторичной обмотки трансформатора тока также будет импульсным, причем длительность этих импульсов будет равна длительности управляющих импульсов, вырабатываемых микросхемой. Далее, как и в первом случае, из этого импульсного напряжения выделяется постоянная составляющая (посредством выпрямления и фильтрации). Уровень постоянной составляющей несет в себе информацию о ширине управляющих импульсов.
Контролируемый сигнал, уровень которого зависит от ширины управляющих импульсов, подается на один из двух входов усилителя ошибки DA4. На второй вход этого усилителя для сравнения подается эталонное напряжение, уровень которого выбирается для каждой конкретной схемы ИБП исходя из построения всей защитной схемы в целом. Этот уровень лежит в диапазоне от 0 (в этом случае опорный вход усилителя DA4 заземлен) до +5В (в этом случае на опорный вход усилителя DA4 подается напряжение Uref. Если опорный уровень выбирается внутри этого диапазона, то к шине Uref подключается резистивный делитель и опорное напряжение необходимого уровня снимается с него. В качестве опорного входа обычно выбирается неинвертируюший вход усилителя DA4 (вывод 16 микросхемы), а контролируемый сигнал подается на инвертирующий вход (вывод 15). Однако возможен и обратный вариант включения усилителя DA4. При этом основным правилом, которое необходимо соблюсти при построении схемы ограничения, является то, что с ростом ширины управляющих импульсов выходное напряжение усилителя DA4 должно расти.
Практические схемы ИБП на основе управляющей микросхемы TL494 могут быть построены как с использованием обоих защитных механизмов, так и с использованием только одного из них. В схемах, использующих оба механизма, при повышенном токопотреблении в нагрузке сильноточных каналов сначала имеет место режим ограничения ширины управляющих импульсов, и лишь только затем, если КЗ продолжает развиваться, наступает защитное отключение.
В схемах с использованием только механизма защитного отключения чрезмерная ширина управляющих импульсов сразу вызывает защитное отключение. Сигнал с датчика ширины управляющих импульсов в этих схемах подается на неинвертирующий вход какого-либо из компараторов DA1, DA2. Т.к. механизм ограничения в этих схемах не используется, то усилитель ошибки DA4 становится не нужен. Поэтому его принудительно выставляют в состояние жесткого нуля по выходу с тем, чтобы его выходное напряжение не влияло бы на входное напряжение ШИМ-компа-ратора DA2 ни при каких условиях. Для этого на инвертирующий вход DA4 (вывод 15) сразу при включении ИВП подается опорное напряжение Uref с вывода 14, а неинвертирующий вход (вывод 16) заземляется.
Отказ от использования механизма ограничения при построении комбинированной защиты принципиально возможен, т.к. в архитектуре самой управляющей микросхемы уже заложено ограничение максимальной ширины выходного импульса. Уровень этого ограничения определяется потенциалом на выводе 4 микросхемы в установившемся режиме, а также источником напряжения DA7 (0,1В), подключенным между выводом 4 и неинвертирующим входом компаратора DA1(см. выше). Таким образом внешняя схема ограничения (если она имеется) дублирует внутреннюю схему, повышая надежность работы ИБП и уменьшая вероятность выхода из строя силовых транзисторов инвертора.
Отдельно необходимо упомянуть о защите от выходного перенапряжения. Поскольку самым "страшным" по возможным последствиям является перенапряжение в канале выходного напряжения +5В, которым питаются логические интегральные схемы, то защита организуется, как правило, именно в этом канале. В схемах некоторых ИБП предусмотрена и защита от перенапряжения в канале +12В. Перенапряжение в слаботочных каналах выработки отрицательных напряжений не столь критично для работы компьютера. Поэтому в этих каналах такой защиты, как правило, нет. Датчиком схемы защиты от выходного перенапряжения обычно является пороговая схема, состоящая из стабилитрона с соответствующим пробивным напряжением и балластного резистора. Стабилитрон подключается к шине контролируемого напряжения. При превышении этим напряжением заданного расчетного уровня стабилитрон пробивается, и на балластном резисторе появляется потенциал как результат протекания по нему тока стабилитрона. Появление этого потенциала используется как сигнал на срабатывание для схемы защитного отключения.
Подводя итог описанию отдельных компонентов, входящих в состав комбинированной защиты, необходимо отметить, что наличие всех перечисленных защитных схем не является обязательным. Некоторые из них могут отсутствовать.
Приведем условную классификацию компонентов комбинированной защиты.
Схемы контроля ширины управляющих импульсов можно разделить на:
• схемы, использующие механизм ограничения (ограничивающие схемы контроля);
• схемы, использующие механизм защитного отключения (отключающие схемы контроля).
Схемы защиты от короткого замыкания в нагрузке можно разделить на:
• полные, в которых контроль осуществляется за уровнями всех четырех выходных напряжений;
• неполные, в которых контроль осуществляется только за уровнями отрицательных выходных напряжений -5В и -12В.
Схемы контроля выходного перенапряжения также можно разделить на:
• полные, контролирующие уровень напряжений на шинах +5В и +12В;
• неполные, контролирующие уровень напряжения только на одной из этих шин.
Рассмотрим конкретные примеры.
Пример 1.
Комбинированная защита ИБП GT-150W (рис. 40) включает в себя:
• ограничивающую схему контроля ширины управляющих импульсов;
• неполную схему защиты от КЗ в нагрузке.

Рисунок 40. Комбинированная защита ИБП GT-150W

Схема контроля ширины управляющих импульсов работает следующим образом. На инвертирующий вход усилителя ошибки DA4 (вывод 15) подается опорное напряжение Uref с вывода 14. На неинвертирующий вход (вывод 16) подается контролируемый потенциал, уровень которого пропорционален ширине управляющих импульсов. Потенциал этот получается путем выпрямления импульсного напряжения, возникающего при работе ИБП в средней точке первичной обмотки управляющего трансформатора DT. Это импульсное напряжение выпрямляется диодом D23, и сглаживается конденсатором С15. Резистор R21 гасит амплитуду этого импульсного напряжения до необходимого уровня. Напряжение с конденсатора С15 подается на резистивный делитель R25, R26, с резистора R26 которого часть этого напряжения подается на неинвертирующий вход усилителя DA4. Конденсаторы CIS, C16 образуют цепь коррекции АЧХ усилителя DA4.
В режиме нормального токопотребления, когда ширина управляющих импульсов не выходит за пределы диапазона стабилизации, потенциал вывода 15 микросхемы IC1 всегда больше потенциала вывода 16. Поэтому выходное напряжение усилителя ошибки DA4 равно 0В и не влияет на работу микросхемы. При возрастании ширины управляющих импульсов в результате повышенного токопотребления в нагрузке какого-либо из сильноточных каналов, потенциал на конденсаторе С15, а следовательно, и на выводе 16 управляющей микросхемы начинает расти. Когда он достигает опорного уровня Uref=+5B на выводе 15 выходное напряжение усилителя DA4 начинает возрастать. Если КЗ в нагрузке продолжает развиваться, требуя все большей ширины управляющего импульса для поддержания выходных напряжений ИБП, то выходное напряжение усилителя DA4 быстро возрастает наряду с уменьшением выходного напряжения усилителя DA3, которое определяется уровнем сигнала обратной связи. Этот сигнал снимается с резистора R30 делителя R33, R30, подключенного к шине выходного напряжения +5В. В момент, когда выходные напряжения обоих усилителей сравниваются, управление ШИМ-компаратором DA2 передается от усилителя DA3 к усилителю DA4 и становится независимым от уровня сигнала обратной связи на выводе 1 управляющей микросхемы. Поэтому увеличение ширины управляющих импульсов прекращается и микросхема переходит в режим ограничения. Если КЗ продолжает развиваться, то вступает в действие механизм защитного отключения, т.к. все выходные напряжения ИБП (в том числе и в слаботочных каналах) уменьшаются, стремясь к уровню 0В.
Неполная схема защитного отключения при КЗ в нагрузке слаботочных каналов выполнена традиционным способом. Между шинами выходных напряжений -5В и -12В включен делитель-датчик D15, R38. К средней точке делителя подключен резистор R37, входящий в базовый для транзистора Q6 делитель R36, R37. Транзистор Q6 вместе с транзистором Q5 образуют двухкаскадный УПТ. Резистор R35 - коллекторная нагрузка первого каскада УПТ и одновременно R35 и сопротивление участка коллектор-эмиттер транзистора Q6 образуют базовый делитель для второго транзистора УПТ Q5. Коллекторной нагрузкой транзистора Q5 является резистор R34, сигнал с которого снимается на вход защитного отключения 4 управляющей микросхемы через диод D14.
В нормальном режиме работы потенциал средней точки делителя-датчика D15, R38 составляет около -5,8В, т.к. потенциал этой точки ниже потенциала шины -5В на величину прямого падения напряжения на диоде D15, благодаря протеканию через делитель тока по цепи: шина -5В - D15 -R38- шина-12В.
Поэтому базовый делитель транзистора. Q6 -R36, R37 запитан двуполярно: напряжением Uref, с одной стороны, и напряжением -5,8В, с другой. Номиналы резисторов делителя R36, R37 - одинаковы (15кОм). Поэтому потенциал базы транзистора Q6 в нормальном режиме работы будет отрицательным (около -0,4В). Поэтому Q6 будет закрыт, а транзистор Q5, наоборот, открыт током базы, протекающим по цепи: шина Uref - R35 -6-3Q5- "корпус".
Напряжение на конденсаторе С 19 поэтому будет равно 0В, и потенциал вывода 4 управляющей микросхемы после завершения процесса плавного запуска (см. ниже) также будет равен 0В.
При КЗ в нагрузке канала -12В диод D15 делителя-датчика закроется, т.к. потенциал шины -12В в режиме КЗ равен 0В, и на катоде D15 появится положительный потенциал с резистора R38, через который протекает ток по цепи: шина Uref -R36 - R37 - R38 - "корпус".
Следовательно, потенциал базы транзистора Q6 увеличится и станет положительным. Поэтому Q6 откроется до насыщения, и потенциал базы транзистора Q5 станет равен 0В. Это приведет к запиранию транзистора Q5 и увеличению потенциала его коллектора. Уровень коллекторного потенциала Q6 определяется номиналами резисторов делителя R34, D14, R28, который подключен к шине вспомогательного напряжения питания микросхемы Upom=+26B. Произведя несложный расчет, можно убедиться, что при закрытом состоянии транзистора Q6 потенциал его коллектора составляет около +6В. Эта величина, подаваемая на неинвертирующий вход компаратора DA1 через диод развязки D14, составит около +5В, что превышает амплитуду пилообразного напряжения на инвертирующем входе DA1. Поэтому DA1 перестает переключаться, и работа цифрового тракта микросхемы блокируется. Управляющие импульсы на выходах 8, 11 исчезают, а силовые транзисторы инвертора (на схеме не показаны) перестают переключаться. Первичная обмотка импульсного трансформатора оказывается отключена от шины Uep, и токопотребление от сети прекращается.
При КЗ в нагрузке канала -5В потенциал средней точки делителя-датчика D15, R38 составит всего -0,8В, что также приведет к закрыванию транзистора Q6, открыванию транзистора Q5 и защитному отключению.
Схема контроля выходного перенапряжения в данном ИБП отсутствует.
Элементы С12, R28 образуют формирующую щепочку схемы плавного запуска. Диод D14 служит для развязки формирующей цепочки от выходного напряжения УПТ.
Для полноты информации отметим, что в данной схеме оригинальным является подбор делителей, задающих уровни сигналов на входах усилителя ошибки DA3. На инвертирующий вход 2 в качестве опорного подается полное напряжение Uref с вывода 14. Уровень на неинвертирующем входе 1 подбирается с помощью высокоомного R30, который включается последовательно с R33 и образует с ним делитель, благодаря чему уровень потенциала на неинвертирующем входе DA3 получается чуть ниже, чем потенциал шины выходного напряжения +5В. Этим и создается начальная разность между опорным и отслеживаемым уровнями (ошибка), которая определяет выходное напряжение DA3.
Транзисторы Q4, Q3 совместно с управляющим трансформатором DT образуют согласующий каскад, выполненный по транзисторной схеме с общим управлением. Питание на каскад подается традиционным способом с шины Upom. Коллекторными нагрузками транзисторов Q4, Q3 являются полуобмотки первичной обмотки DT и резистор общей нагрузки R24. Диод D9 - развязывающий.
Очевидно, что импульсное напряжение в средней точке первичной обмотке DT получается в результате того, что коллекторная нагрузка, транзисторов Q3, Q4 выполнена как разделенная. Другими словами, если бы резистор R24 отсутствовал, то напряжение в средней точке первичной обмотки DT было бы равно Upom (за вычетом прямого падения напряжения на диоде D9), и поэтому не могло бы служить источником информации о ширине управляющих импульсов, вырабатываемых микросхемой.
Пример 2.
Комбинированная защита ИБП LPS-02-150XT (рис. 41) включает в себя:
• отключающую схему контроля цгарины управляющих импульсов;
• неполную схему защиты от КЗ в нагрузке;
• неполную схему контроля выходного перенапряжения.

Рисунок 41. Комбинированная защита ИБП LPS-02-150XT

Отключающая схема контроля ширины управляющих импульсов выполнена оригинальным способом. Датчиком импульсного напряжения является специальная дополнительная обмотка 4-5 управляющего трансформатора DT. Импульсное знакопеременное напряжение, возникающее на отводе 5 этой обмотки при работе ИБП, выпрямляется диодом D14 и сглаживается конденсатором С21. Резистор R30 выполняет функцию нагрузки выпрямителя. Напряжение с конденсатора С21 подается на диодно-резистивный делитель R31, OCR, D15, R33. Однако потенциал на резисторе R33 определяется не только напряжением на конденсаторе С21. Этот потенциал (в точке С) определяется также уровнями напряжений на выходных шинах +5, -5, -12 В, которые связаны между собой диодно-резистивным делителем R39, R12, D7, R11. Потенциал точки В этого делителя через диод развязки D18 подается на резистор R33. Потенциал точки С определяет потенциал базы транзистора Q5 бистабильнои схемы, собранной на транзисторах Q5, Q6. Биста-бильная схема, в свою очередь, определяет потенциал входа защитного отключения 4 управляющей микросхемы. Несложный расчет позволяет установить, что в нормальном режиме работы, когда все выходные напряжения ИБП имеют номинальный уровень, потенциал точки С будет близок к 0В, поэтому оба транзистора бистабильнои схемы закрыты, а потенциал вывода 4 управляющей микросхемы равен 0В.
В случае повышенного токопотребления в нагрузке сильноточных каналов ширина управляющих импульсов, генерируемых микросхемой, а значит и импульсов на отводе 5 обмотки 4-5 DT, увеличивается. Поэтому увеличивается уровень выпрямленного напряжения на конденсаторе С21, и, в конечном итоге, на базе транзистора Q5, который приоткрывается, что вызывает протекание базового тока транзистора Q6. Так как бистабиль-ная схема охвачена положительной обратной связью с помощью цепочки R35, D17, то появление коллекторного тока Q6 приводит к лавинообразному процессу взаимного отпирания обоих транзисторов. Поэтому напряжение Uref, которым запитан по эмиттеру транзистор Q6 бистабильнои схемы, оказывается приложенным через его малое внутреннее сопротивление и диод развязки D22 к выводу 4 управляющей микросхемы. Это, как было показано выше, приводит к защитному отключению.
Резистор OCR выполнен как подстроечный. Это позволяет при настройке ИБП выбрать тот уровень напряжения на конденсаторе С21 (другими словами, ту максимальную ширину управляющих импульсов), при превышении которого будет происходить защитное отключение.
Элементы С19, R20 образуют формирующую цепочку схемы плавного запуска. Диод D22 развязывает формирующую цепочку от бистабильнои схемы.
Уровни выходных напряжений ИБП устанавливаются при настройке с помощью переменного резистора SVR, определяющего уровень опорного напряжения на инвертирующем входе усилителя ошибки DA3.
Механизм ограничения ширины управляющего импульса здесь не используется. Поэтому усилитель ошибки DA4 исключается из работы микросхемы. Для этого на его инвертирующий вход (вывод 15) подается напряжение Uref, а неинвертирующий вход (вывод 16) заземляется.
При КЗ в нагрузке любого из слаботочных каналов потенциалы точек А, В, С возрастают. Это приводит к открыванию обоих транзисторов бистабильнои схемы, и защитному отключению. Аналогичный эффект вызовет перенапряжение в канале +5В. Увеличение напряжения на шине +5В передастся через диод D18 на базу транзистора Q5 (в точку С). Это вызовет открывание транзисторов бистабильнои схемы и защитное отключение.
Пример З.
Комбинированная защита ИБП PS-200B (рис. 42) включает в себя:
• отключающую схему контроля ширины управляющего импульса;
• неполную схему контроля перенапряжения.

Рисунок 42. Комбинированная защита ИБП PS-200B

Отключающая схема контроля ширины управляющего импульса имеет датчик, расположенный на первичной стороне ИБП (в отличие от предыдущих двух случаев). Этим датчиком является трансформатор тока СТ, первичная обмотка которого включена последовательно с первичной обмоткой силового импульсного трансформатора РТ. Токовые импульсы, протекающие по первичной обмотке СТ, трансформируются во вторичную его обмотку, выпрямляются с помощью мостовой схемы D9-D12 и сглаживаются конденсатором С8. Резистор R14 является нагрузкой вторичной обмотки СТ. Наличие этой нагрузки является обязательным условием нормальной работы СТ. Уровень напряжения на конденсаторе С8 пропорционален ширине токовых импульсов через первичную обмотку СТ (а значит, и ширине управляющих импульсов на базах силовых транзисторов Q1, Q2 инвертора). Это напряжение подается на пороговую схему, собранную на стабилитроне ZD2 и резисторе R13. Пробивное напряжение стабилитрона ZD2 равно 5,1В.
В режиме нормального токопотребления, когда ширина управляющих импульсов не превышает допустимую величину, напряжение на конденсаторе С8 не превышает уровень +5,1В. Поэтому стабилитрон ZD2 закрыт и потенциал базы транзистора, Q4 равен 0В. Транзистор Q4 закрыт, а поэтому закрыты тиристор SCR и транзистор Q3 бистабильной схемы. Поэтому потенциал вывода 4 управляющей микросхемы определяется номиналами резисторов делителя R5, R6, подключенного к шине Uref. Из схемы видно, что при закрытом транзисторе Q3 потенциал вывода 4 в установившемся режиме составит 0,55В. Переключения компаратора DA1 поэтому не влияют на работу микросхемы. При повышенном токопотребле-нии в нагрузке какого-либо из сильноточных каналов ширина управляющих импульсов возрастает. Поэтому напряжение на конденсаторе С8 повышается. Когда это напряжение превысит уровень +5,1В, стабилитрон ZD2 "пробивается", и в базу транзистора Q4 течет открывающий его ток по цепи: (+)С8 - ZD2 - б-э Q4 - R11 - "корпус".
Транзистор Q4 открывается, и в управляющий электрод тиристора SCR течет открывающий его ток по цепи: шина Upom - R12 - к-э Q4 - управляющий переход SCR - "корпус".
Тиристор открывается и подключает резистор R10 базового делителя R9, R1Q транзистора Q3 к "корпусу". Это вызывает открывание транзистора Q3 базовым током, протекающем по цепи: шина Uref- 9-6Q3- R10-a-KSCR - "корпус".
Транзистор Q3 запитан по эмиттеру напряжением Uref с вывода 14 микросхемы. Поэтому при открывании Q3 это напряжение оказывается приложенным через его малое внутреннее сопротивление к выводу 4 управляющей микросхемы, что вызывает защитное отключение.
Схема защиты от КЗ в нагрузке слаботочных каналов в данном ИБП отсутствует.
Схема защиты от выходного перенапряжения в канале +5В собрана на элементах ZD1, R11. При превышении напряжением на шине +5В пробивного напряжения стабилитрона ZD1 (5,1В), он "пробивается", и в управляющий электрод тиристора SCR течет ток, открывающий его. Это приводит к открыванию транзистора Q3 и защитному отключению.
Механизм ограничения ширины управляющих импульсов здесь не используется. Поэтому традиционно на инвертирующий вход усилителя ошибки DA4 (вывод 15) подается напряжение Uref, a неинвертирующий вход (вывод 16) заземляется.
Особо необходимо отметить, что в схеме данного ИБП не используется метод групповой стабилизации выходных напряжений, т.е. дроссель групповой стабилизации на выходе ИБП отсутствует. Стабилизация производится только по двум каналам: +5В и +12В гальваническим способом. Между шинами выходных напряжений +5В и +12В включен резистивный делитель-датчик R15, R8. П

27:34

ремонт компьютерного блока питания

29:01

Проверка и ремонт компьютерного БП

4:45

Ремонт блока питания ПК и его частые неисправности Советы для начинающих

25:22

Блок питания АТХ пособие по ремонту часть 2

Обсудить на форуме