ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ ДЛЯ IBM

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»

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БЛОКОВ ПИТАНИЯ

    Блоки питания (БП) для системных модулей IBM PC XT/AT предназначены для преобразования входного переменного напряжения сети в выходные постоянные напряжения, обеспечивающие работу всех узлов и блоков компьютера.
    Основной функцией источника электропитания является обеспечение стабильного заданного выходного напряжения при изменении в широких пределах входного напряжения, выходного тока и рабочей температуры. Степень, с которой источник электропитания обеспечивает стабильность выходного напряжения в вышеприведенных условиях, является основным показателем качества источника.
    БП системных модулей вырабатывают напряжения +5В, -5В, +12В, -12В, сигнал POWER GOOD (PG) и, как правило, имеют выходную мощность 150 или 200 Вт.
    Примерное распределение потребляемой мощности между отдельными компонентами компьютера выглядит следующим образом, Вт:

плата видеоадаптера
5
контроллер дисководов 8 адаптер параллельных, последовательных и игровых портов в различных сочетаниях
4
плата модема
4
плата контроллера стримера
15
плата расширения памяти (2 Мб)
20
системная плата
35
"винчестер" на 40 Мб
15
клавиатура
2

    Наиболее токонагруженным является канал выработки напряжения +5В (максимальный ток в нагрузке примерно 15А для 150-ваттного БП и 20А для 200-ваттного БП), затем - канал выработки напряжения +12В (максимальный ток в нагрузке достигает 5,5А для 150-ваттного БП и 8А для 200-ваттного БП ), затем - каналы выработки -5В и -12В (токи в нагрузке - по 0,5А).
    Сигнал PG имеет активный низкий уровень с момента включения БП и запрещает работу процессора до тех пор, пока выходные напряжения БП не достигнут номинального уровня, после чего сигнал PG становится высокого уровня и процессор запускается. При выключении БП из сети PG становится активного низкого уровня и инициализирует сигнал системного сброса RESET, прежде чем исчезнет питание +5 В цифровой части системного модуля. Этим предотвращаются сбои в работе цифровой части системного модуля, поведение которой при заниженном питании становится непредсказуемым (ложная запись в память и т.д.).
    В процессе работы компьютера, когда блок питания работает в номинальном режиме, PG имеет высокий уровень и не влияет на работу процессора. Многие БП мощностью менее 180 Вт, предназначенные для компьютеров класса XT, не формируют сигнала PG, и поэтому не совместимы с компьютерами класса AT.
    Как правило, на задней стенке БП имеется переключатель номинала сетевого напряжения 230В/115В.
    Внимание: необходимо следить за соответствием положения данного переключателя и напряжения сети, в противном случае БП выйдет из строя!
    Следует отметить, что в разных странах в качестве стандартных приняты различные значения питающих напряжений:
    110В- в Ливане:
    115В-в Тайване, Кубе, Колумбии;
    120В-в США, Канаде, Никарагуа;
    127В-в Алжире, Италии, Испании;
    220В- в большинстве стран Европы, СНГ;
    230В-в Индии, Норвегии;
    240В - в Великобритании, Австралии.
    Однако эти отличия являются несущественными для ИБП, т.к. находятся в его рабочем диапазоне допусков на напряжение питающей сети.
    Питающее напряжение сети обозначается на зарубежных схемах как, например, 220V АС. Сокращение AC (Alternating Current) применяется для обозначения напряжения переменного тока.
    Сокращение DC (Direct Current) применяется для обозначения напряжений постоянного тока, например, 5V DC.
    Выходные напряжения БП подаются ко всем узлам и блокам компьютера с помощью разноцветных проводов, собранных в жгуты. Количество выходных разъемов всегда одно и то же: четыре четырехконтактных и два шести контактных (изредка эти два шести контактных разъема объединены в один двенадцатиконтактный разъем). Шестиконтактные разъемы подсоединяются на системную плату, а четырехконтактные - на дисководы и накопители НГМД, НЖМД. По цвету провода можно определить, какое напряжение подается с его помощью на соответствующий контакт выходного разъема:
    красный.............................+5В±0,1В
    желтый..............................+12В±0,6В
    белый................................-5В±0,1В
    синий..................................-12В ± 0,6В
    оранжевый.........................PG
    черный..............................."корпус"
    Внимание: изредка встречаются отступления от стандартной цветовой маркировки!
    Все четырехконтактные разъемы имеют одинаковую цоколевку (рис.1), поэтому подключение их не вызывает затруднений. В ответной части для этих разъемов имеется "ключ", поэтому подключить разъем неправильно невозможно. С шестиконтактными разъемами ситуация иная. Сами разъемы одинаковые, а цоколевка у них разная. Это единственное место, где возможна ошибка при подключении. К сожалению, "ключ" на ответной части к этим разъемам позволяет установить их наоборот, т.е. поменять местами. С целью избежания такой ошибки в некоторых вариантах блоков два шестиконтактных разъема объединяются в один двенадцатиконтактный.

Рис. 1. Четырехконтактный стандартный выходной разъем ИБП (розетка) и его цоколевка.

Рис. 2. Правильная установка шестиконтактных выходных разъемов ИБП на системную плату и их цоколевка.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИМПУЛЬСНЫХ БП

    Эти характеристики приводятся в сопроводительной документации на блок питания. Наиболее полно они представлены в инструкциях по эксплуатации (Operating Instruction Manual), предназначенных для специальных сервисных служб по ремонту и обслуживанию.
    Наиболее важные из характеристик, но в гораздо меньшем объеме, приводятся в рекламных проспектах и инструкциях для пользователя, приобретающего компьютер, укомплектованный данным типом блока. Такого рода документация известна под общим названием "Руководство для пользователя" (Users Manual).
    И, наконец, самые важные характеристики могут быть указаны в виде цветных табличек (Labels), наклеенных на металлический корпус блока. На них приводятся минимально необходимые технические характеристики для исключения ошибок при установке БП.
    Кроме того, поскольку к БП предъявляются жесткие требования в части электромагнитной совместимости, то в паспортных данных обязательно имеется ссылка на выполнение БП в соответствии со специальным стандартом на этот параметр. В данном руководстве такая ссылка имеется: блок сконструирован в соответствии с национальными стандартами BS800, VDE0871, СЕЕ15.
    Отдельным пунктом указывается о совместимости данного блока с IBM PC AT.
    Кроме перечисленных могут приводиться и другие характеристики. Например, в рекламном проспекте на БП PSQ-1-200 приводятся такие характеристики как: акустический шум (не более 38 dB), уровень радиопомех ( 54dB max в диапазоне частот 0,15-5 MHz и 48dB max в диапазоне 5-30 MHz).

ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ

    Блоки питания для компьютеров строятся по бестрансформаторной схеме подключения к питающей сети и представляют собой импульсные БП, которые характеризуются высоким КПД (более 70%), малым весом и небольшими габаритами.
    Однако импульсный БП является источником импульсных помех, что предъявляет к его схеме высокие требования в части электромагнитной совместимости с остальной схемой компьютера, а также с другими бытовыми электронными устройствами. Кроме того в бестрансформаторных ИБП нет гальванической развязки части схемы от напряжения сети, что требует принятия специальных мер безопасности при его ремонте. Основными функциональными частями ИБП являются:
    • входной помехоподавляющий фильтр;
    • сетевой выпрямитель;
    • сглаживающий емкостной фильтр;
    • схема пуска;
    • ключевой преобразователь напряжения с импульсным силовым трансформатором (силовой инвертор);
    • схема управления;
    • цепи формирования выходных напряжений, гальванически развязанные от питающей сети;
    • цепи формирования и передачи сигнала обратной связи на схему управления.
    В зависимости от назначения ИБП может содержать различные дополнительные схемы, например:
    • линейные стабилизаторы в интегральном или дискретном исполнении;
    • помехоподавляющие цепи;
    • схемы защиты от перегрузок по току, а также от входного и выходного пере- и недо-напряжения.
    Кроме того в схему ИБП могут включаться схемы формирования специальных управляющих сигналов, обеспечивающих согласованную работу ИБП с питаемой от него схемой.
    Для получения постоянных напряжений с помощью ИБП с бестрансформаторным входом в нем осуществляется тройное преобразование напряжения. Переменное напряжение сети выпрямляется и сглаживается. Полученное постоянное напряжение преобразуется в импульсное прямоугольное напряжение частотой несколько десятков килогерц, которое трансформируется с соответствующим коэффициентом на вторичную сторону, выпрямляется и сглаживается. Определяющим узлом любого ИБП является ключевой преобразователь напряжения и в первую очередь его силовая часть (мощный выходной каскад). Выходные каскады всех разновидностей ИБП можно разделить на два больших класса: одно-тактные и двухтактные.

    Таблица 3. Технические характеристики на БП SMPS 5624 (приведенные в сервисной документации)
   

Параметр
Значение
Входное сетевое напряжение (Input Voltage)
180-264V
Частота входного сетевого напряжения (Input Frequency)
47-53 Hz
Общая максимальная выходная мощность (Total Output Power)
200 W
Стандартные выходные
    параметры (Standart Outputs)
    : выход 1
    выход 2
    выход 3
    выход 4

   
    +5V, 20А max, ЗА min;
    +12V, 7Amax, 1A min;
    -5V, 1A max. OA min;
    -12V, 1Amax, OA min
Возможность регулировки выходных напряжений (Voltage Adjustment)
Отсутствует (Fixed Output)
Стабилизация при изменениях сетевого напряжения (Line Regulation)
При изменении напряжения сети от 180V до 264V выходные напряжения всех каналов меняются на ±0,5% при 50% нагрузке всех каналов
Стабилизация при изменениях нагрузки в данном канале при номинальном напряжении сети (Load Regulation):
    выход 1
   
   
   
    выходы 2-4

   
   
    Выходное напряжение канала +5V меняется на +0,5% при изменении нагрузки этого канала от 25% до 100% и неизменной 25%-й нагрузке остальных каналов
   
    Выходное напряжение в каждом из этих каналов меняется не более чем на 0,1% при изменении нагрузки этого канала от 50% до 100% и при неизменной 25%-й нагрузке в канале +5V
Стабилизация при изменениях нагрузки в других каналах (Cross Regulation):
    выход 1
   
   
   
   
    выходы 2-4

   
   
    Выходное напряжение канала +5V, нагруженного на 25%, изменяется не более чем на 0,1% при изменении нагрузки в любом из остальных каналов от 50 до 100%
   
    Выходное напряжение любого из этих каналов, нагруженного на 25% меняется не более чем на 4% при изменении нагрузки в любом из остальных каналов от 50 до 100% (при этом те каналы, нагрузка в которых не меняется, нагружены на 25%)
Пульсации (Ripple Spikes)
1% от номинала выходного напряжения; среднеквадратическое значение 20mV на частоте 30MHz при работе в нагруженном режиме
Температурный дрейф уровня выходных напряжений (Temperature Coefficient)
0,02%/°С для канала +5V, 0,05%/°С для остальных каналов
Общий КПД БП (Efficiency)
75%
Время удержания выходных напряжений после выключения (после последнего пика сетевого напряжения) (Hold Up Time)
20ms min
Диапазон рабочих температур (Operating Temperature)
0-50 °С
Бросок тока при включении (Switch On Surge)
79А max
Изоляция (Insulation)
Более 10 МОм при замере 500-вольтовым мегомметром между сетевым входом и вторичной "землей", при всех выходах, закороченных на "землю"
Параметры сигнала PG (Power Goodness)
TTL-совместимость; задержка появления разрешающего сигнала PG высокого уровня при включении - от 100 до 200 mS; упреждающее исчезновение сигнала PG (переход в низкий уровень) минимум за 1 ms до того , как выходные напряжения станут меньше нижнего порога стабилизации
Наличие защит (Protections)При КЗ в нагрузке, значительной токовой перегрузке и перенапряжении на выходе канала +5V (от +5.8V до +7,OV); защитное отключение блока с последующим самовосстановлением; предохранитель: 4А по сетевому входу
Подстыковка (Termination)С помощью четырех и шестиконтактных соединителей

  Рисунок 3 - обобщенная схема однотактного импульсного блока питания.

    Рассмотрим работу обобщенной однотактной схемы импульсного блока питания, приведенной на рис. 3.
    Переменное напряжение сети выпрямляется диодным мостом и сглаживается конденсатором большой емкости. В результате на выходе выпрямителя появляется постоянное положительное напряжение Uep = +310В. Этим напряжением за-питывается схема пуска, которая вырабатывает питающее напряжение для схемы управления сразу после включения ИБП. На выходе схемы управления вырабатывается управляющее напряжение в виде последовательности прямоугольных импульсов с частотой порядка несколько десятков килогерц. Эти импульсы управляют состоянием (открыт/закрыт) мощного ключевого высокочастотного транзистора, нагрузкой которого является первичная обмотка импульсного высокочастотного трансформатора (ИВТ). В результате переключении транзисторного ключа во вторичных обмотках ИВТ наводятся импульсные ЭДС прямоугольной формы, которые затем выпрямляются и сглаживаются.
    Силовая часть однотактного преобразователя с бестрансформаторным входом может быть выполнена одним из двух возможных способов. Поэтому следует различать проточные (прямоходовые) и запорные (обратноходовые) преобразователи.
    В проточных преобразователях ток подзарядки накопительных емкостей во вторичной цепи (ток через диоды выпрямителя) протекает во время открытого состояния ключевого транзистора, а в запорных - во время закрытого состояния этого транзистора. Тип преобразователя определяется выбором определенной полярности подключения выпрямительных диодов ко вторичным обмоткам импульсного трансформатора и конструктивными особенностями самого импульсного трансформатора.
    Принципиальная схема прямоходового преобразователя (преобразователя с пропускающим диодом) изображена на рис. 4,а. Энергия в цепь нагрузки передается через диод D1 во время открытого состояния транзистора Q1. Одновременно в сердечнике дросселя L1 накапливается магнитная энергия (токи через дроссель и первичную обмотку Т1 линейно нарастают), которая затем во время закрытого состояния Q1 выдается в нагрузку через диод D2. При этом ток дросселя линейно уменьшается. Магнитная энергия, накопленная в сердечнике трансформатора Т1 за время открытого состояния Q1, снова возвращается в источник во время закрытого состояния Q1. Этот возврат (рекуперация) осуществляется с помощью обмотки размагничивания и диода D3. В противном случае сердечник трансформатора оказался бы в состоянии насыщения, что при следующем открывании транзистора Q1 привело бы к выводу его из строя чрезмерно большим током первичной обмотки Т1, индуктивность которой была бы очень мала.
    Таким образом в прямоходовом преобразователе трансформатор служит только для трансформации энергии. Исходя из этого принципа трансформатор прямоходового преобразователя должен выполняться таким, чтобы запасаемая в его сердечнике магнитная энергия за время открытого состояния транзистора была бы минимальной.

Рисунок4. Преобразователь с пропускающим (а) и запирающим (б) диодом (без схемы управления и согласующего каскада).

    Принципиальная схема обратноходового преобразователя (преобразователя с запирающим диодом) изображена на рис. 4,6. Трансформатор Т1 во время открытого состояния транзистора Q1 запасает магнитную энергию, т.к. через первичную обмотку Т1 и открытый Q1 протекает нарастающий во времени ток. Во время закрытого состояния транзистора Q1 трансформатор Т1 отдает накопленную энергию через диод D1 в конденсатор С1 и в нагрузку. Во время открытого состояния транзистора диод D1 закрыт, и нагрузка получает энергию только от конденсатора С1. Об-ратноходовой преобразователь является единственным типом преобразователя с одним только индуктивным элементом в виде трансформатора Т1, который служит для накопления и трансформации энергии. Поскольку трансформатор Т1 является накопительным элементом, то большое значение приобретает линейность характеристики намагничивания его сердечника в большом диапазоне значений индукции. Однако все магнитные материалы характеризуются наличием области насыщения, где изменение тока через первичную обмотку уже не вызывает изменения магнитного потока в сердечнике. С целью избежать попадания в область насыщения сердечники трансформаторов обратноходовых преобразователей обычно выполняются с немагнитным зазором. Такой зазор линеаризует характеристику намагничивания сердечника вплоть до очень больших значений индукции.
    Для регулировки выходных напряжений в импульсных блоков питания в большинстве случаев используется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ), который заключается в том, что изменяется длительность импульсов и пауз между ними при неизменной частоте преобразования. Соотношение между длительностью импульса и паузы зависит от уровня выходных напряжений и автоматически изменяется таким образом, чтобы поддерживать выходные напряжения на номинальном уровне.
    Выходное напряжение обратноходового преобразователя для режима непрерывных токов определяется по формуле:
    Uвых = (Uвх / n) · (q / 1 - q)
    п - коэффициент трансформации, Uex - уровень входного постоянного питающего напряжения,
    q - коэффициент заполнения, q=Ti/T (Ti - время открытого состояния транзистора, а Т - период переключения преобразователя).
    Примечание. Режимом непрерывных токов называется такой режим работы преобразователя, когда ток, протекающий через выпрямительный диод после запирания транзистора, не успевает уменьшиться до нуля к моменту следующего открывания транзистора.
    Для прямоходового преобразователя в режиме непрерывных токов это напряжение определяется по формуле:
    Uвых = (Uвх / n) · ((q / (1 - n + q / n))
    Таким обазом, регулируя q, можно регулировать выходное напряжение. Например, в случае увеличения выходных напряжений увеличивается напряжение обратной связи (ОС), подаваемое на схему управления (функциональный состав схемы управления будет подробно рассмотрен далее). В результате уменьшится длительность управляющих прямоугольных импульсов на выходе этой схемы управления, что приведет к уменьшению времени открытого состояния силового ключа за период. Это значит, что уменьшится время, в течение которого через первичную обмотку импульсного трансформатора ИВТ протекает линейно нарастающий ток. Следовательно, уменьшится время, в течение которого будет действовать импульс ЭДС на вторичных обмотках импульсного трансформатора. Поэтому уменьшатся уровни выходных постоянных напряжений блока, которые получаются как результат выпрямления и сглаживания импульсов ЭДС со вторичных обмоток ИВТ. Таким образом, уровень выходных напряжений
    поддерживается постоянным в состоянии динамического равновесия.
    При уменьшении выходных напряжений ИБП, например вследствие увеличения токопотребле-ния в нагрузке, происходящие процессы по регулировке выходных напряжений будут обратными.
    Упрощенная схема на рис. 3 иллюстрирует построение типового однотактного ИБП. Однако в ИБП для системных модулей обычно используется двухтактная полумостовая схема, т.к. одно-тактные схемы в диапазоне выходных мощностей свыше 150 Вт оказываются неэффективными из-за резкого увеличения габаритных размеров и массы импульсного трансформатора и ухудшения режимов работы ключевого транзистора.
    Поскольку силовая часть подавляющего большинства блоков питания для современных персональных компьютеров построена по двухтактной полумостовой схеме, то в данной книге подробно рассматриваются именно такие варианты ИБП.
    Упрощенная структурная схема ИБП, силовая часть которого построена по двухтактной полумостовой схеме, показана на рис. 5.

Рисунок 5. Обобщенная структурная схема двухтактного полумостового импульсного блока питания с бестрансформаторным входом.

    Рассмотрим принцип работы такой схемы. Первичная обмотка ИВТ включена в диагональ электрического моста, одно плечо которого образовано конденсаторами С1, С2, а другое - мощными ключевыми транзисторами Q1, Q2. Конденсаторы достаточно большой и одинаковой емкости С1, С2 образуют емкостной делитель, одновременно выполняя функцию сглаживающих емкостей высокочастотного фильтра. Выпрямленное напряжение сети делится на них пополам. Транзисторы управляются по базам от схемы управления через управляющий и развязывающий трансформатор DT таким образом, что переключение их происходит поочередно с регулируемой паузой на нуле. Когда транзистор Q1 достигает состояния насыщения, а транзистор Q2 находится в состоянии отсечки, первичная обмотка трансформатора подключается к заряженному конденсатору С1 достаточно большой емкости. Поэтому через первичную обмотку ИВТ РТ протекает ток разряда этого конденсатора по цепи: (+)С1 -к-э Q1 - первичная обмотка РТ - С4- (-)С1.
    Одновременно с током разряда конденсатора С1 по обмотке протекает от источника питания и ток подзаряда конденсатора С2 по цепи: Uep - к-э Q1 - первичная обмотка РТ - С4- С2 - "общий провод" первичной стороны.
    Во второй полупериод, когда транзистор Q1 закрывается, a Q2 открывается, конденсаторы меняются ролями, т.е. конденсатор С2 разряжается, а С1 подзаряжается. Ток через первичную обмотку импульсного трансформатора протекает в противоположном предыдущему случаю направлении. Из схемы видно, что к первичной обмотке импульсного трансформатора прикладывается лишь половинное напряжение питания. Поэтому ток, коммутируемый транзистором в данной схеме, должен быть вдвое больше тока, протекающего через транзистор однотактной схемы преобразователя для получения той же мощности в нагрузке. Однако в такой схеме обратное напряжение, приложенное к закрытому транзистору, уменьшается более чем в два раза по сравнению с однотактной схемой преобразователя. Стабильность выходных напряжений поддерживается тем же способом, что и в однотактной схеме. Сигнал обратной связи подается на схему управления с делителя R1, R2 в цепи шины выходного напряжения ИБП. Схема управления, построенная по принципу ШИМ, изменяет длительность управляющих импульсов, подаваемых на базы силовых транзисторов Q1, Q2 таким образом, чтобы вернуть отклонившееся выходное напряжение к номинальному значению. При этом для обеспечения достаточной величины базового для силовых ключей тока на выходе схемы управления включается согласующий каскад.
    Диоды D1 и D2 называются рекуперационными (возвратными). Они создают путь для протекания тока в моменты запирания транзисторов Q1 и Q2. Токи эти протекают под воздействием противо-ЭДС, наводимой в первичной обмотке силового импульсного трансформатора РТ при резком прерывании тока через нее в результате запирания этих транзисторов. Возникновение импульса ЭДС при запирании транзисторов объясняется неизбежным наличием у силового импульсного трансформатора паразитной индуктивности рассеяния, в которой за время открытого состояния транзистора запасается магнитная энергия. Явление магнитного рассеяния заключается в том, что часть магнитного потока ответвляется от основного магнитного потока и замыкается по различным путям, охватывающим различные группы витков; этот факт отражают введением понятия индуктивности рассеяния Ls. ПротивоЭДС всегда имеет полярность, стремящуюся поддержать ток прежнего направления. Потенциал вывода 1 первичной обмотки силового трансформатора РТ можно считать неизменяющимся. Поэтому на выводе 2 первичной обмотки РТ при запирании транзистора Q1 появляется отрицательный потенциал. Если бы диод D2 отсуствовал, то потенциал коллектора закрытого транзистора Q2 стал бы отрицательным по отношению к его эмиттеру, т.е. транзистор Q2 оказался бы в инверсном режиме, а к коллектору транзистора Q1 оказалось бы приложено напряжение, превышающее напряжение питания. Поэтому такой режим нежелателен. Диод D2 позволяет избежать попадания в этот режим, т.к. открывается и через него замыкается кратковременный ток рекуперации, протекающий по цепи: 1РТ -С4-С2- "общий провод" - D2 - 2РТ.
    При этом конденсатор С2 подзаряжается, т.е. энергия, запасенная в индуктивности рассеяния первичной обмотки РТ, частично возвращается (рекуперируется) в источник.
    При запирании транзистора Q2 на выводе 2 первичной обмотки РТ появляется положительный потенциал и тогда, если бы диод D1 отсутствовал, в инверсном режиме оказался бы транзистор Q1, а коллектор транзистора Q2 оказался бы под воздействием импульса, превышающего уровень питания. Однако D1 открывается и замыкает цепь тока рекуперации: 2РТ- D1 - шина Uep - С1 -С4 - 1РТ.
    При этом подзаряжается конденсатор С1, т.е. избыточная энергия опять возвращается (рекуперируется) в источник.
    Схема пуска выполняет ту же функцию, что и в схеме однотактного преобразователя.

КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ИБП

    Электрическая схема ИБП практически всегда размещается в металлическом кожухе, который служит электромагнитным экраном. Такое оформление является одной из мер по снижению уровня помехообразования. На корпусе ИБП имеются:
    • трехштыревой стандартный вход (вилка) для подачи сетевого питания при помощи стандартного трехпроводного шнура с трехконтактной розеткой на подключаемом к ИБП конце и двух-штыревой вилкой на конце, подключаемом к сети (вилка имеет третий контакт, позволяющий осуществить защитное зануление);
    • трехгнездовой стандартный разъем (розетка) для подстыковки кабеля питания дисплея;
    • переключатель 110/220В с визуально определяемым положением движка (промаркирован);
    • сетевой выключатель (в некоторых вариантах компьютеров этот переключатель выносится на переднюю панель, и тогда он связан с ИБП специальным длинным шнуром),
    Задняя и передняя стенки корпуса имеют щелевые или перфорированные прорези для обеспечения принудительной конвекции при работе встроенного в корпус ИБП вентилятора.
    Конструкции корпусов ИБП могут быть различными, что обусловлено разработкой каждого из них для конкретного компьютера, имеющего свою оригинальную конструкцию корпуса.
    Однако единым является то, что корпус ИБП, как правило, состоит из двух частей, скрепленных винтами. Поэтому при необходимости вскрытия блока снимается "крышка" и появляется доступ к плате блока. Электрическая схема блока располагается обычно на одной плате, но встречаются и двухплатные варианты. Например, в ИБП KYP-150W схема образования сигнала PG выделена на специальной вертикально расположенной плате, которая соединяется с основной платой при помощи неразъемного паяного соединения. В ИБП PS-200B на отдельной плате располагаются элементы входного сетевого помехоподавляюще-го фильтра. Могут встречаться и другие варианты размещения элементов схемы.
    Как правило, вторичная "земля" ("общий провод") конструктивно ("под винт") имеет электрическое соединение с металлическим корпусом ИБП, а корпус ИБП соединен с шасси компьютера отдельным проводом (также под винт). Однако есть варианты БП, где вторичная "земля" не имеет гальванического контакта с металлическим корпусом, а соединена с ним через конденсатор (плавающая земля). Подробнее особенность такого включения будет рассмотрена в разделе, посвященном борьбе с помехообразованием.
    Проводники, с помощью которых выводятся на разъемы выходные напряжения ИБП, объединены в жгут, который пропускается через специальное отверстие в корпусе. Чтобы в процессе эксплуатации не произошло механическое повреждение изоляции проводников об острые края этого отверстия, в него установлен специальный замок-кольцо, охватывающий все проводники. При разборке ИБП этот замок необходимо провернуть до освобождения зажимной дуги. При этом выводные проводники легко освобождаются, и плата после отворачивания крепежных винтов может быть извлечена из корпуса.

СХЕМОТЕХНИКА

СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ИБП
    НА ОСНОВЕ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИПА TL494

      Внимание: успешно осуществлять ремонт БП сможет только специалист, хорошо усвоивший схемные решения, применяемые при построении ИБП!
    Схемотехнически варианты построения ИБП на основе управляющей микросхемы TL494 различаются незначительно. Во всех таких ИБП неизменными остаются:
    • способ построения силового каскада ( двухтактная полумостовая схема);
    • управляющая микросхема с некоторыми навесными цепями;
    • согласующий каскад с развязывающим и управляющим трансформатором;
    • способ получения выходных напряжений и их стабилизация.
    Важным является и то обстоятельство, что во всех таких ИБП неизменной остается и общая архитектура построения всей схемы ИБП в целом. Этот базовый принцип заключается в том, что на первичной, гальванически не развязанной от сети, стороне располагается только силовой каскад (мощная полумостовая схема инвертора), а вся остальная часть схемы, в том числе и управляющая микросхема TL494, находится на вторичной
    стороне, гальванически развязанной от сети. Граница развязки проходит через развязывающие трансформаторы:
    • управляющий DT (DRIVE TRANSFORMER);
    • силовой импульсный РТ (POWER TRANSFORMER);
    • токовый СТ (CURRENT TRANSFORMER);
    • пусковой ST (STARTING TRANSFORMER). Последние два из перечисленных могут отсутствовать.
    Основное разнообразие приходится на схемотехническую реализацию токовых защит и схем образования сигнала PG. Однако и здесь встречаются повторы. В общем можно сказать, что одни и те же схемные решения применяются в различных сочетаниях в разработках различных зарубежных фирм. Но попадаются и оригинальные схемные решения. Многообразие встречающихся вариантов объясняется естественным стремлением каждой фирмы-разработчика внести что-то свое и выступить в качестве автора изобретения.
    Сходство всех ИБП этого семейства позволяет выработать системный подход к обнаружению неисправностей в них. Методика подхода к ремонту будет изложена в последующих разделах этой книги.

ВХОДНЫЕ ЦЕПИ

    Эта часть схемы различается незначительно практически для всех разновидностей ИБП и включает в себя следующие основные элементы:
    • входной стандартный трехштыревой разъем;
    • сетевой выключатель;
    • выходной стандартный трехгнездовой разъем для подключения кабеля питания дисплея;
    • плавкий предохранитель;
    • ограничительный терморезистор;
    • входной помехоподавляющий фильтр;
    • схему выпрямления сетевого напряжения;
    • сглаживающий емкостной фильтр.
    Переменное напряжение сети подается через сетевой выключатель, с одной стороны - на разъем, к которому может подключаться кабель питания дисплея, с другой стороны - через сетевой предохранитель номиналом 3-5 А, терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) и помехоподавляющий фильтр на мостовую схему выпрямления (рис. 6). Выпрямленное напряжение питающей сети сглаживается конденсаторами С5, Сб. На шине выпрямленного напряжения сети поэтому появляется постоянное напряжение +310В относительно общего провода первичной стороны.

Рисунок 6. Входные цепи ипульсного блока питания KYP-150W (соединение под винт с металлическим не токоведущим корпусом ИБП)

    Терморезистор с отрицательным ТКС служит для ограничения броска зарядного тока через конденсаторы С5, С6 в момент включения ИБП. Так как в холодном состоянии сопротивление термо резистора составля



Обсудить на форуме
remont2

Комментарии

Добавить комментарий
    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent

    СТАБИЛИЗАЦИЯ ВЫХОДНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ

    Схема стабилизации выходных напряжений в рассматриваемом классе ИБП представляет собой замкнутую петлю автоматического регулирования...

    Электронный дроссель

    Такое название в последнее время приходится часто встречать в схемах блоков питания ламповых и не ламповых конструкций. Что это такое? давайте поближе познакомимся с особенностями работы "электронного дросселя" и с часто встречающимися ошибками при

    Модуль питания контроллеров CJ1W-PD202

    В линейке модулей CJ1 присутствует четыре модели источников питания. Два из них работают от постоянного напряжения в районе 24В, два от переменного сетевого. Модуль CJ1W-PD202 предназначен для питания небольших систем, включающих в основном

    Блоки питания. Siemens LOGO!Power

    Блок питания Siemens LOGO!Power создан для совместной работы с элементами программируемого реле LOGO!, имеющими напряжение питания 24В. Корпус блока питания предназначен для монтажа на DIN рейку и имеет тот же самый дизайн, что и основные модули

    Выходные устройства

    Выходные устройства (ВУ) предназначены для передачи выходного управляющего сигнала на исполнительные механизмы либо для передачи данных на регистрирующее устройство.

    Микросхема ШИМ-контроллера FSP3528 и субмодуль управления системным блоком питания на ее основе

    Если раньше элементная база системных блоков питания не вызывала ни каких вопросов - в них использовались стандартные микросхемы, то сегодня мы сталкиваемся с ситуацией, когда отдельные разработчики блоков питания начинают выпускать собственную