Огляд системи живлення електронної апаратури

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Класифікація систем електроживлення електронної апаратури

електронний апаратура напруга

Система електроживлення електронної апаратури (СЕЖ ЕА) - засіб вторинного електроживлення, який забезпечує за певним алгоритмом електроживлення всіх вузлів електронної апаратури.

СЕЖ умовно класифікуються за наступними показниками:

1) по типу вхідної електроенергії:

- змінного струму;

- постійного струму;

2) по типу вихідної електроенергії:

- змінного струму;

- постійного струму;

- комбіновані;

3) по вихідній потужності:

- мікропотужні, до 1 Вт;

- малої потужності, 1-10 Вт;

- середньої потужності, 10-100 Вт;

- підвищеної потужності 100-1000 Вт;

- великої потужності, понад 1000 Вт;

4) за номінальним значенням вихідної напруги:

- низька, до 100 В;

- середня, 100-1000 В;

- висока, понад 1000 В;

5) по числу каналів живлячої напруги:

- одноканальні;

- багатоканальні.

6) за допустимим відхиленням номіналу вихідної напруги:

- низької точності (більше 5 %);

- середньої точності (1-5 %);

- високої точності (0,1-1 %);

- прицезійні (менше 0,1 %).

7) за способом стабілізації вихідної напруги:

- імпульсної дії;

- неперервної дії.

2. Основні функції, які забезпечуються системами електроживлення

Більшість радіоелектронних пристроїв потребують живлення декількома рівнями постійної напруги. Тому на СЕЖ ЕА, окрім стандартних функцій ДВЕЖ щодо забезпечення стабільності напруги живлення, покладається функції керування окремими ДВЕЖ залежно від сигналів з сенсорів перевантажень за струмом, напругою та з урахуванням поточних налаштувань системи, а саме:

- організація послідовності подавання і вимкнення напруг живлення електронних пристроїв в номінальному режимі;

- плавний пуск окремих ДВЕЖ;

- від'єднання одного або групи каналів живлячої напруги в аварійному режимі;

- від'єднання СЕЖ від джерела первинного електроживлення у випадку виходу його параметрів за межі допуску і перехід на живлення від автономного джерела живлення;

- організація від'єднання живлення від окремого ДВЕЖ СЕЖ для забезпечення його оперативної заміни.

Зважаючи на це, СЕЖ забезпечує керування параметрами електроживлення на двох ієрархічних рівнях:

- нижчому рівні (окреме ДВЕЖ) - регулювання і стабілізації параметрів вихідної напруги окремого каналу;

- вищому рівні (СЕЖ в цілому) - організацію живлення ЕА.

3. Структура централізованої і децентралізованої системи електроживлення

Як приклад централізованої СЕЖ на рис. 1.1 показано структуру безтрансформаторного багатоканального ДВЕЖ, в якому окрім функції стабілізації напруги передбачений режим роботи від автономного джерела живлення АБ і захист за перевантаженням по струму вихідних каналів. Для цього в систему додано сенсор вхідної випрямленої напруги СН1 і сенсори струму СС. В децентралізованій СЕЖ, рис. 1.2, система керування вищого рівня СКВВ лише інтегрує окремі ДВЕЖ в єдину систему.

Основною відмінністю цих систем є наявність проміжної напруги в системах децентралізованого електроживлення та вхідних і вихідних перетврювачів, які можуть виготовлятися як єдині конструктивні модулі.

4. Переваги і структура безтрансформаторних систем електроживлення

СЕЖ корабельної апаратури на основі безтрансформаторного ДВЕЖ 27 В, 400 Вт показана на рис. 2.3. На вхід безтрансформаторної СЕЖ подається трифазна напруга ~ 220 B, 400 Гц (корабельна мережа) і напруга керування 27 В.

Напруга мережі через контактор К подається на трифазний мережевий випрямляч. Випрямлена напруга з частотою пульсації 2400 Гц подається на вхід LC-фільтра, на виході якого формується постійна напруга близько 300 В.

Постійна напруга подається на вхід мостового ШІМ-інвертора на транзисторах VT1-VT4, в діагональ якого послідовно з дроселем насичення ДН ввімкнено силовий трансформатор Тр1. До вторинної обмотки силового трансформатора під'єднано мостовий випрямляч з LC-фільтром, на виході якого формується вихідна напруга, значення якої може досягати 85 В. СЕЖ з'єднана з бортовою електронною апаратурою за допомогою кабелю довжиною 400 м. Напруга живлення апаратури повинна підтримуватись на рівні 27 В. В даній СЕЖ для покращення технічних показників використовуються ряд додаткових схемних рішень:

- для зменшення часу розсмоктування неосновних носіїв заряду силових ключів при їх вимкнені використовується ланцюги від'ємного зміщення UЗМ, які під'єднано між емітером і контуром керування UК відповідного транзистора;

- при перенавантаженні за струмом вмикається транзистор VT8, який шунтує базові переходи транзисторів VT2, VT4 інвертора;

- для зменшення динамічних втрат при вимкненні транзисторів використовуються RCD-ланцюги А1-А4 і дросель насичення ДН.

Загалом безтрансформаторні СЕЖ при використанні тієї ж компонентної бази дозволило збільшити питому потужність ДВЕЖ у 2-4 рази.

5. Переваги і принцип роботи квазірезонансних перетворювачів напруги

Рис. 2.5. Принцип роботи квазірезонансного прямоходового перетворювача

На рисунку зображені:

- а - спрощена схема силової частини перетворювача;

- б - еквівалентна схема заміщення;

- в - діаграма сигналу керування керованого ключа К;

- г - діаграма роботи діода D2;

- д - струм вторинної обмотки трансформатора І2;

- е - напруга на конденсаторі резонансного контуру СР.

В даному перетворювачі резонансний контур утворюють індуктивність розсіювання трансформатора LP і резонансний конденсатор СР, рис. 2.5 б. У момент часу t1 силовий ключ K замикається, відкривається діод D1, починається наростання струму і2 вторинної обмотки W2. В момент часу t2 величина струму і2 перевищує значення струму навантаження ІН, діод D2 закривається і починається процес заряду резонансного конденсатора СР. В момент часу t3 значення струм і2 досягає максимуму. В момент часу t4, коли струм вторинної обмотки рівний струму навантаження і2 = ІН, напруга на резонансному конденсаторі досягає максимуму. Після чого до моменту t5, коли струм вторинної обмотки і2 зменшується до нуля, напруга на конденсаторі дещо зменшується, що пов'язано з частковим розрядом конденсатора СР на навантаження. В момент часу t5 ключ К і діод D1 закриваються і починається лінійний розряд ємності СР на навантаження. В момент часу t6 напруга на ємності зменшується до нуля, відкривається діод D2 і до моменту часу t7 енергія в навантаженні підтримується за рахунок енергії реактивних елементів фільтра СФ, LФ. В момент часу t7 замикається ]К_‰жжжключ К і процеси в перетворювачі повторюються.

Максимальна робоча частота квазірезонансного перетворювача визначається тривалістю інтервалів заряду конденсатора і передачі енергії в навантаження t1-t6. Регулювання вихідної напруги здійснюється регулюванням тривалості паузи між циклами перетворення t6-t7, тобто за допомогою ЧІМ.

Загалом квазірезонансні перетворювачі мають такі переваги:

- високий ККД;

- надійна робота ключових та вентильних елементів;

- зменшення рівня електромагнітних завад.

Отже, структура систем електроживлення розвивалась паралельно з елементною базою перетворювачів та вимогами до ДВЕЖ, що сприяло поступовому покращенню їх технічних показників.

6. Методи подачі живлення в багатоканальних системах електроживлення

На практиці використовують три підходи щодо подачі живлення:

- послідовний, коли напруга кожного наступного каналу вмикається після того, як напруга на попередньому досягла номінального значення;

- пропорційний, коли напруги каналів наростають одночасно зі швидкістю, пропорційною їх номінальним напругам;

- одночасний, коли напруги всіх каналів зростають з однаковою швидкістю, при цьому час наростання напруги кожного каналу пропорційний її номінальному значенню.

Часові діаграми подачі напруги для СЕЖ з двома каналами показана на рис. 3.1.

7. Методи формування плавного пуску перетворювача

В більшості контролерів також реалізована функція плавного пуску перетворювачів (soft start). Ця функція найчастіше здійснюється за допомогою плавного зростання величини опорної напруги ШІМ-контролера.

Формування функцій з організації живлення в стандартних ДВЕЖ показано на рис. 3.4. RC-ланцюжок задає час плавного пуску tП = 3RC.

Сигнал power good формується системою компараторів DA1, DA2 і логічним елементом DD2. Компаратор DA1 налаштований на максимальне допустиме значення вихідної напруги, DA2 - на мінімальне. Логічний елемент DD1 блокує сигнал керування силовим ключем за умови, що на вхід SS/ENA подається сигнал низького рівня.

Для зменшення тривалості плавного пуску часто використовують компараторні системи плавного пуску. Компараторна система обмежує значення пускового струму навантаження в заданих межах Imin, Imax, до тих пір, поки напруга на навантаженні не досягне номінального значення.

Структура вказаної системи для понижуючого перетворювача напруги наведена на рис. 3.5. Операційні підсилювачі DA1, DA2 задають порогові значення струму (DA2 - верхній поріг струму, DA1 - нижній), DA3 - відключає систему плавного пуску при досягненні робочого режиму, DA4, DA5 - виконують функцію порівняння поточного струму з його пороговими значеннями. Тригер DD1 формує сигнали керування силовим ключем перетворювача.

8. Організація зворотного зв'язку за напругою

Контур зворотного зв'язку підсилює сигнал неузгодженості напруги на

навантаженні, яка вимірюється сенсором напруги і її номінальним значенням, яке задається джерелом опорної напруги. Функцію підсилення виконує

підсилювач сигналу помилки (ПСП) на основі операційного підсилювача.

Схема ПСП СЕЖ з одним і двома каналами показані на рис. 3.7.

В схемі рис. 3.7 а здійснюється стабілізація напруги одного каналу.

В багатоканальній СЕЖ стабілізація напруги по одному каналу не дає задовільних результатів, оскільки при цьому відпрацьовується лише нестабільність вхідної напруги і не враховуються зміни навантаження кожного каналу, тому в таких системах використовується перехресна стабілізація, рис. 3.7 б. У цій модифікації ПСП враховуються значення напруг всіх каналів за допомогою сумування струмів кожного з них у спільному вузлі. На рис. 3.7 б функцію сумування струмів каналів виконують резистори R1, R2, струм каналів сумується на резисторі R3. Співвідношення резисторів R1, R2 задає рівень стабілізації кожного каналу: чим менший струм протікає через резистор каналу, тим менший коефіцієнт його стабілізації.

9. Вузли захисту перетворювачів

В СЕЖ окрім стабілізації напруги використовуються схеми захисту по перевантаженню за вихідним струмом або вхідною напругою. Типові схеми обмеження струму навантаження наведені на рис. 3.10. Операційний підсилювач DA1 в схемі використовується як підсилювач напруги на шунті RШ, DA2 - як компаратор. При перевищені струму на виході операційного підсилювача DA2 формується сигнал високого рівня, що призводить до спрацювання системи захисту і розмикання ключа К.

Для обмеження потужності вихідного сигналу сумуються значення вихідного струму і напруги, рис. 3.11.

Схеми подавання живлення, плавного пуску, множинного зворотного зв'язку, ланок захисту збільшують функціональність та підвищують надійність роботи окремих ДВЕЖ у складі СЕЖ ЕА.

10. Стандарт ATX12V. Основні специфікації систем електроживлення системного блоку персонального комп'ютера

Сучасні блоки живлення персональних комп'ютерів проектуються на основі стандарту ATX12V. Блок живлення спроектований за стандартом ATX12V повинен забезпечувати вихідні напруги ±5 В, ±12 В, +3.3 В і +5 В SB в режимі очікування (standby mode). Основними силовими ланцюгами в СЕЖ персонального комп'ютера є напруги +3,3, +5 и +12 В. Напруга -5 В використовується інтерфейсом ISA, внаслідок відсутності даного інтерфейсу у сучасних материнських платах, вказаний канал напруги на практиці в блоках живлення не реалізується. Напруга -12 В необхідна лише для повної реалізації стандарту послідовного інтерфейсу RS-232, тому також часто не реалізується в блоках живлення. Для зменшення втрат і струмів, які протікають по силовим кабелям найпотужніших вузлів - процесора і відеокарти, їх живлять високою напругою +12 В, рідше +5 В, яка понижується імпульсними перетворювачами до необхідного рівня безпосередньо на материнській платі.

Згідно з специфікацією ATX12V блок живлення повинен мати функцію дистанційного вмикання. Для цього в СЕЖ передбачене додаткове малопотужне ДВЕЖ з вихідним каналом +5 В SB, яке вмикає основне ДВЕЖ за сигналом PSON (активний рівень сигналу - низький) від кнопки “Power” системного блоку. Напруга основних каналів подається на навантаження за сигналом PWR-OK (на принципових схемах позначається “Power good”, “P.G.”), високий рівень якого формується при досягненні мінімального рівня напруги каналів +3.3 В, +5 В, +12 В. На рис. 5.2 показано часові характеристики сигналу PS-ON і PWR-OK. 11. Часові діаграми вмикання і вимикання комп'ютера. Сигнали PS-ON і PWR-OK.

12. Структура і принцип роботи СЕЖ системного блоку персонального комп'ютера



Принцип роботи СЕЖ полягає у наступному.

Змінна напруга мережі ~220 B (~115 B) подається на вхідний каскад СЕЖ - мережевий фільтр. Цей вузол призначений для зменшення завад, які розповсюджуються в напрямку від промислової мережі до перетворювача і навпаки. До виходу мережевого фільтра під'єднано мережевий випрямляч, виконаний по двонапівперіодній схемі. До його складу входить селектор-перемикач вхідної напруги, за допомогою якого обирається діюче значення вхідної напруги 115 В або 220 В. Випрямлена напруга згладжується фільтром і подається на вхід основного і допоміжного перетворювачів. Для гальванічної розв'язки і трансформації рівня напруги до виходу основного перетворювача підключено імпульсний трансформатор. Напруга з виходу трансформатора випрямляється імпульсними випрямлячами і фільтрується. Регулювання і стабілізація вихідних напруг каналів здійснюється системою керування на основі ШІМ за напругами з давачів вихідних каналів по лінії зворотного зв'язку. Вузол контролю і захисту блокує роботу системи керування у разі короткого замкнення, перенапруги, перевищення значення параметра г ШІМ. Сигнал _______power-good формується за значеннями вихідних напруг каналів +3.3В, +5 В, +12 В і використовується для формування сигналу ініціалізації процесора. Нижче розглянуто можливі принципові схеми і особливості функціонування кожного блоку СЕЖ.

13. Принципова схема ланки захисту і мережевого фільтру СЕЖ системного блоку персонального комп'ютера

В схемі рис. 5.4 а запобіжник FU1 виконує функцію захисту за струмом. Захист від перенапруги здійснюється варистором Z1: при підвищенні напруги мережі вище критичного рівня опір варистора Z1 різко зменшується, що викликає зростання значення вхідного струму і спрацювання запобіжника FU1. Для обмеження пускового струму, викликаного зарядом конденсатора фільтра мережевого випрямляча, в схемі використовується термістор з від'ємним температурним коефіцієнтом NTCR1: при вмиканні перетворювача в «холодному» стані, опір термістора на порядок більший, ніж у «розігрітому» стані. Мережевий фільтр складається з двохобмоткового дроселя L1 і конденсаторів С1-С4. Еквівалентні схеми фільтру для симетричних і несиметричних завад показані на рис. 5.4 б і рис. 5.4 в відповідно.

14. Принципова схема мережевого випрямляча і фільтра СЕЖ системного блоку персонального комп'ютера

За стандартом ATX12V комп'ютерний блок живлення повинен працювати від мережі 220 В і 115 В (США, Канада) змінного струму. Найпростіший варіант уніфікації блока живлення реалізується у напівмостовій схемі, в якій конденсаторний дільник напруги є фільтром випрямляча. В цьому випадку напруга обирається за допомогою перемикача S1, який з'єднує одну з фаз з середньою точкою конденсаторного дільника, рис. 5.5 а. Розімкнений стан перемикача S1 відповідає вхідній напрузі 220 В, в цьому випадку реалізується мостова схема випрямляча. При замиканні перемикача S1 утворюється випрямляч з подвоєнням напруги, рис. 5.5 б, що дозволяє використовувати ДВЕЖ при вхідній напрузі 115 В.

15. Функціональне призначення і типова схема допоміжного перетворювача СЕЖ системного блоку персонального комп'ютера

Допоміжний перетворювач формує напругу +5 В SB в режимі очікування і забезпечує живлення системи керування. Як допоміжний перетворювач часто використовується однотактний імпульсний перетворювач, який працює в автоколивальному режимі - зворотньоходовий ДВЕЖ з трансформатором, який насичується. Принципова схема вказаного ДВЕЖ показана на рис. 5.6, часові діаграми роботи - на рис. 5.7. На вхід цього перетворювача подається напруга + 300 В з виходу фільтра мережевого випрямляча. Робота схема автогенераторного перетворювача полягає у наступному. У момент подавання живлення на каскад автогенератора, на базу транзистора VT1, через послідовно з'єднані резистори R4, R1, подається початковий струм зміщення, який протікає по колу +ЕЖ > R4 > R1 > б-е VT1 > -ЕЖ. Під його дією транзистор VT1 відкривається, через нього і первинну обмотку W1 трансформатора TV1 починає протікати струм. Цей струм наводить у первинній обмотці ЕРС показану на рис. 5.6 без дужок. Внаслідок ЕРС взаємної індукції на обмотці зворотного зв'язку WЗЗ наводиться ЕРС показана на рис. 6 без дужок. Така полярність напруги на обмотці WЗЗ створює імпульс струму позитивної полярності, який протікає по колу +WЗЗ > С3 > R1 > б-е VT1 > - WЗЗ, що сприяє швидкому відкриванню транзистора VT1. Тому транзистор швидко переходить у стан насичення.

16. Функціональні можливості ШІМ-контролера TL494

До складу мікросхеми входять наступні функціональні блоки:

- генератор пилкоподібної напруги (ГПН) DA6, частота якого

визначається номіналом резистора і конденсатора, під'єднаних до входів

мікросхеми 6 і 5 відповідно;

- джерело еталонної напруги +5 В DA5, під'єднане до виходу

мікросхеми 14;

- компаратор «мертвої зони» DA1;

- компаратор ШІМ DA2;

- підсилювач помилки за напругою DA3;

- підсилювач помилки сигналу обмеження струму DA4;

- вихідний каскад на транзисторах VT1, VT2 з відкритими емітерами і

колекторами;

- дільник частоти на D-тригері DD2;

- допоміжні логічні елементи DD1, DD3-DD7;

- джерело постійної напруги 0.1 В DA7;

- джерело постійного струму 0.7 мА DA8.

16. Принцип роботи цифрової частини ШІМ-контролера TL494

З часових діаграм 12 і 13

видно, що моменти появи вихідних імпульсів керування і їх тривалість визначаються станом виходу вентиля DD1. Інші логічні елементи розподіляють сигнали керування на два канали. При цьому тривалість імпульсів керування визначається тривалістю відкритого стану транзисторів VT1, VT2. За рахунок того, що ці транзистори мають відкритий емітер і колектор, їх можна під'єднати двома способами. При під'єднанні за схемою зі спільним емітером, емітери транзисторів заземлюються, сигнал керування знімається з колекторів транзисторів (виводи 8 і 11 мікросхеми), під'єднаних через навантаження до позитивної клеми джерела напруги. У цьому випадку сигнал керування має інверсну полярність. При під'єднанні за схемою зі спільним колектором, сигнал керування знімається з навантажень, під'єднаних до емітерів транзисторів. Колектори транзисторів під'єднуються безпосередньо до плюса джерела живлення. У цьому випадку сигнал керування формується без інверсії. Тригер DD2 разом з логічними вентилями DD3-DD7 виконують функцію селектора каналу по якому передається сигнал керування з вентиля DD1. Цей режим роботи мікросхеми використовується для керування двотактними перетворювачами. У цьому режимі транзистори VT1, VT2 відкриваються по черзі (діаграма 5). Для вибору цього режиму на вхід 13 мікросхеми необхідно подати сигнал високого рівня. У цьому режимі перший канал керування під'єднаний до неінвертуючого виходу Q триггера DD2. Цей канал використовується для керування транзистором VT1. Другий канал під'єднано до інвертуючого виходу тригера Q. Він використовується для керування транзистором VT2. Сигнал керування транзистором з виходу вентиля DD1 передається по відповідному каналу, якщо на відповідному виході тригера формується низький рівень напруги. Перемикання триггера DD2 відбувається по задньому фронту кожного імпульсу вентиля DD1, для цього вхід синхронізації тригера С через інвертор DD7 з'єднано з вентилем DD1. В неактивному стані на виході каналу формується сигнал низького рівня, незалежно від сигналу керування з виходу DD1, що забезпечує закритий стан транзистора. Для керування однотактними перетворювачами на вхід 13 мікросхеми подається сигнал низького рівня. У цьому режимі роботи на виході обох каналів сигнал керування дублюється. Тому у даному режимі роботи доцільно об'єднувати колектори і емітери транзисторів обох каналів для збільшення їх навантажувальної здатності.

Рис. 5.10. Часові діаграми роботи TL494

17. Принцип роботи аналогової частини ШІМ-контролера TL494

Стан виходу вентиля DD1 визначається компаратором ШІМ DA2 (діаграма 4). Вихідний сигнал компаратора DA1 (діаграма 2), який подається на інший вхід DD1, в нормальному режимі роботи не впливає на вихідний сигнал вентиля DD1, який визначається ширшими вихідними імпульсами ШІМ компаратора DA2. Крім того з діаграм видно, що при зміні рівня напруги на неінвертуючому вході компаратора ШІМ DA2 (діаграма 3), пропорційно збільшується тривалість імпульсів керування каналів (діаграми 12, 13). У нормальному режимі роботи рівень напруги на неінвертуючому вході компаратора задається лише вихідною напругою підсилювача помилки DA3, тому що вона перевищує значення вихідної напруги підсилювача DA4. Значення вихідної напруги підсилювача помилки DA3 залежить від сигналу зворотного зв'язку, що знімається з давача вихідної напруги перетворювача і подається на неінвертуючий вхід підсилювача DA3, який з'єднано з входом 1 мікросхеми TL494.

Компаратор DA1 задає паузу між вимкненням одного транзистора і ввімкненням наступного для усунення наскрізних струмів у двотактному перетворювачі. Для регулювання цієї затримки використовується вхід 4 мікросхеми TL494. Чим більший потенціал подається на вхід 4, тим більшою є мінімальна затримка між комутацією транзисторів. Але навіть при заземлені входу 4, за рахунок внутрішнього джерела DA7 0.12 В, існує певна затримка між моментами комутації транзисторів. Функція обмеження ширини імпульсів керування, яка реалізується блоком, використовується для організації плавного пуску перетворювача шляхом під'єднання до входу 4 RC-ланцюжка. Для цього один вивід конденсатора підключається до виходу еталонної напруги 14 мікросхеми, інший вивід - через резистор з'єднується з землею. Середня точка RC-ланцюжка з'єднується зі входом 4 мікросхеми.

При такому під'єднанні в момент пуску перетворювача на вхід 4, через конденсатор RC-ланцюжка, подається еталонна напруга з виходу 14 мікросхеми, тому тривалість імпульсів керування вихідних каскадів мікросхеми є мінімальною. За час, який задається постійною часу RC-ланцюжка, конденсатор заряджається до напруги еталонного джерела і потенціал на вході 4 мікросхеми стає рівним нулю, що обмежує затримку між комутаціями транзисторів на мінімальному рівні.

18. Вихідний каскад системи керування СЕЖ системного блоку персонального комп'ютера

Вихідний каскад виконує функцію гальванічної розв'язки системи керування від силової частини перетворювача і узгодження рівнів їх напруг. Схемні рішення вихідного каскаду розділяються на такі типи:

- з використанням дискретних транзисторів;

- безтранзисторний варіант (використовуються транзистори мікросхеми TL494).

Крім того, ще однією ознакою за якою класифікується вихідний каскад є спосіб керування силовими транзисторами:

- із загальним керуванням, коли для керування силовими транзисторами використовується спільний трансформатор;

- з роздільним керуванням, коли для керування кожним транзистором використовується окремий трансформатор.

Зважаючи на обидві класифікації вихідний каскад може бути виконаний одним з чотирьох способів:

- транзисторний із загальним керуванням;

- транзисторний із роздільним керуванням;

- безтранзисторний із загальним керуванням;

- безтранзисторний із роздільним керуванням.

Каскади на основі дискретних транзисторів з роздільним керуванням застосовуються рідко. Інші варіанти використовуються на практиці досить часто. Зв'язок між системою керування і силовою частиною здійснюється трансформаторним способом. Типові схеми вихідних каскадів показані на рис. 6.1.



19. Дистанційне ввімкнення СЕЖ системного блоку персонального комп'ютера

Дистанційне ввімкнення комп'ютера здійснюється за низьким рівнем сигналу PS_ON, для формування якого використовується напруга допоміжного перетворювача +5 В SB. Два можливих варіанти системи дистанційного ввімкнення живлення показані на рис. 6.2.

У системі дистанційного ввімкнення рис. 6.2 а) в режимі очікування, коли кнопка живлення розімкнена, на базу транзистора VT1 з допоміжного джерела живлення подається +5 В, тому транзистори VT1, VT2 відкриті. При цьому через транзистор VT2 на вхід 4 обмеження ширини імпульсів керування мікросхеми TL494 подається напруга з еталонного джерела + 5 В, що блокує роботу вихідного каскаду мікросхеми. Ввімкнення кнопки “Power” призводить до закривання транзисторів VT1, VT2 і формування на вході 4 мікросхеми сигналу низького рівня, що зводить обмеження ширини імпульсів керування до мінімального рівня. Затримка між замиканням кнопки “Power” і початком роботи основного перетворювача задається RC-ланцюжком R2, R3, C1.

Принцип роботи системи рис. 6.2 б) подібний до попередньої. Але в цій схемі замість першого транзистора використовується мікросхема DA1 TL431. У режимі очікування на вхід керування мікросхеми DA1 подається напруга з допоміжного джерела живлення, тому на катоді мікросхеми формується сигнал низького рівня, який відкриває транзистор VT1, що призводить до подачі на вхід 4 мікросхеми сигналу високого рівня і блокуванню роботи її вихідного каскаду. Ввімкнення кнопки “Power” призводить до подачі на вхід 4 сигналу низького рівня. Затримка між замиканням кнопки “Power” і початком роботи основного перетворювача задається RC-ланцюжком R2, C1, C2.

20. Схема формування сигналу “Power good” СЕЖ системного блоку персонального комп'ютера

Сигнал “Power good” сигналізує вузли обчислювальної апаратури про завершення перехідних процесів у СЕЖ. Активний рівень сигналу “Power good” - високий. Одна з можливих схем формування сигналу “Power good”показана на рис. 6.3.



Опорна напруга +2.5 В з дільника на резисторах R1, R2 подається на неінвертуючий вхід операційного підсилювача DA1, на інший вхід подається сигнал PS-ON. На виході операційного підсилювача DA1 встановлено інтегруючий ланцюг на елементах R4, C1, який створює затримку формування сигналу “Power good” на 100-500 мс. Сигнал з виходу інтегруючого ланцюга подається на неінвертуючий вхід операційного підсилювача DA2, на інвертуючий вхід цього підсилювача подається опорна напруга +2.5 В. З виходу операційного підсилювача знімається сигнал “Power good”.

У режимі очікування напруга сигналу PS-ON складає +5 В, тому на виходах операційних підсилювачах DA1, DA2 в цьому режимі спостерігається низький рівень напруги, що відповідає неактивному стану СЕЖ. Після ввімкнення кнопки “Power” рівень сигналу PS-ON стає низьким, на виході операційного підсилювачах DA1 формується високий рівень напруги і починається заряд конденсатора С1. Після того, як напруга на конденсаторі С1 досягне +2.5 В, на виході операційного підсилювача DA2 формується сигнал високого рівня, який свідчить про завершення перехідних процесів у СЕЖ.

21. Схема захисту СЕЖ системного блоку персонального комп'ютера

Захист перетворювача в аварійних ситуаціях додатково забезпечується схемою захисту, рис. 6.4, яка блокує роботу ШІМ-контролера при:

- короткому замкненні вихідного каналу;

- великих струмах в транзисторах основного перетворювача;

- перевищенні значень вихідної напруги.

Блокування роботи ШІМ-контролера здійснюється транзистором VT2, для чого на його базу потрібно подати сигнал низького рівня. У цьому випадку транзистор відкриється і зашунтує джерело еталонної напруги мікросхеми TL494 на вхід 4 обмеження тривалості імпульсів ШІМ.

Паралельно до бази транзистора VT2 під'єднані транзистори VT3 і VT4, які захищають перетворювачі від різних видів аварійних ситуацій. Транзистор VT1 блокує роботу ШІМ-контролера до подачі сигналу PS-ON. Транзистор VT4 обмежує максимальну потужність і захищає від коротких замкнень у навантаженні. Для цього на його базу подається напруга з вторинної обмотки силового трансформатора через однонапівперіодний випрямляч на діоді VD9 і конденсаторі С3. Тому при збільшенні потужності, яка віддається в навантаження, збільшується параметр г роботи основного перетворювача, внаслідок цього напруга на конденсаторі С3 також збільшується.

Колекторний струм транзисторів VT4, VT2 зростає, що призводить до збільшення потенціалу на вході 4. Каскад для захисту від коротких замкнень каналів з від'ємною вихідною напругою зібраний на елементах VD1, R1, R4, R5, VD4, VT3. Вони

утворюють суматор напруг по каналам +5В, -5В, -12В. Номінали опорів резисторів підібрані так, що у випадку короткого замкнення потенціал анода діода VD4 перевищує 1.2-1.5 В, що достатньо для відкривання транзистора VT3 і блокування роботи ШІМ-контролера. Стабілітрони VD2 і VD3 використовуються для захисту від перенапруги каналів +3.3В і +5В. Перевищення напруги цих каналів також призводить до відкривання транзистора VT3.

22. Вихідний випрямляч СЕЖ системного блоку персонального комп'ютера

Вихідний каскад СЕЖ для зменшення втрат в діодах будується на основі випрямлячів з середньою точкою та діодів шотткі VD1-VD6, VD8, рис.6.5. Для отримання позитивної вихідної напруги з'єднуються катоди діодів випрямляча, для від'ємної - аноди. Напруги ±5 В, ±12 В формуються безпосередньо з вторинних обмоток силового трансформатора. Як фільтри використовуються Г і П-подібні LC-фільтри. Кожний канал навантажено резистором для усунення режиму холостого ходу. Стабілізація напруги здійснюється за допомогою зворотних зв'язків з каналів +12В і +5В на резисторах R1-R3, сигнал зворотного зв'язку з яких подається на підсилювач сигналу помилки TL494. Стабілізація каналів з від'ємною напругою здійснюється неявно за допомогою багатообмоткового дроселя L2, який використовується для групової стабілізації напруги каналів. Зміна навантаження через будь-який канал напруги викликає зміну магнітного потоку у обмотці дроселя L2 цього каналу. Внаслідок взаємної індукції змінюється потік і у всіх інших обмотках. У каналах з тією ж полярністю напруги, зміна потоку має той самий знак, а у інших - протилежний знак.

Тому збільшення струму каналу з від'ємною напругою, призведе до зменшення напруги каналів з позитивною напругою. Помилка каналів з позитивною напругою відпрацюється ШІМ-контролером, що призведе до збільшення параметру г роботи основного перетворювача і до збільшення вихідної напруги як позитивних так і від'ємних вихідних каналів.

Для отримання напруги +3.3В використовується додатковий стабілізатор на основі мікросхеми TL431, транзистора VT1 і джерела від'ємної напруги на основі однонапівперіодного випрямляча VD9, C3. На вхід стабілізатора подається напруга з тих же відпайок трансформатора, що і для каналу +5 В. Рівень напруги на катоді TL431 і базі транзистора VT1 задається співвідношенням опорів резисторів R4, R5 і складає 2.8 В. При перевищенні напруги каналу на величину 2.8 В + Uбе транзистор VT1 відкривається і підключає до джерела від'ємної напруги на конденсаторі С3, тому вихідна напруга знову знижується і коливається біля значення 2.8 В + Uбе.__

23. СЕЖ рідкокристалічного монітора. Структурна схема, принцип роботи вузлів стабілізації і регулювання яскравості

Структура системи живлення монітора показана на рис. 7.1. Вона складається з мережевого AC/DC конвертера з вихідною напругою +12-18 В. на основі зворотньоходового перетворювача і понижувальних перетворювачів постійної напруги з вихідною напругою +3.3 і +5 В, які живлять вузли РК монітора. У випадку реалізації підсвітки на основі ламп типу CCFL до складу СЕЖ монітора входить високовольтний інвертор.

Розглянемо роботу інвертора детальніше. Його основними функціями є:

- перетворення постійної напруги низького рівня у високовольтну змінну напругу;

- стабілізація і регулювання струму лампи підсвітки;

- регулювання високовольтної напруги за допомогою ШІМ;

- регулювання яскравості зображення;

- захист від перенавантажень.

Регулювання яскравості зображення реалізується шляхом зміни яскравості світла ламп CCFL, що можна здійснити двома способами:

- регулюванням струму розряду лампи, який можливо змінювати в діапазоні 3..8 мА (при меншому струмі порушується рівномірність горіння лампи, при більшому - зменшується її строк служби);

- ШІМ-модуляцією напруги живлення лампи. При цьому напруга подається імпульсами однакової амплітуди і різної тривалості.

24. Принцип роботи інвертора СЕЖ рідкокристалічного монітора

У більшості РК моніторів використовується інвертор з середньою точкою за схемою із самозбудженням. Функціональна схема інвертора показана на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Функціональна схема інвертора РК монітора

Напруга живлення ЕЖ інвертора подається на вхід DC-DC перетворювача 1 і на вхід блока чергового режиму, побудованого на транзисторах VT1, VT2. При формуванні системою керування сигналу ввімкнення, який подається на базу транзистора VT1 інвертор переходить у робочий режим. У цьому режимі напруга живлення ЕЖ подається на блок контролю яскравості 2 і широтно-імпульсний модулятор 3. Блок контролю яскравості побудовано на основі підсилювача помилки. На один його вхід подається опорний сигнал, який відповідає заданому рівню яскравості. З ним порівнюється сигнал зворотного зв'язку 2. Сигнал помилки з блоку контролю яскравості подається на широтно-імпульсний модулятор і використовується для регулювання частоти ШІМ. Рівень сигналу зворотного зв'язку 1 визначає тривалість імпульсів напруги, які подаються на інвертор. DC-DC перетворювач 1 підвищувального типу забезпечує високу напругу живлення автогенератора. Автогенератор побудований на основі схеми інвертора з середнім виводом на транзисторах VT3, VT4, трансформаторі TV1. Він автоматично запускається при появі імпульсів напруги на виході DC-DC перетворювача. Сигнали 0 TD-зворотного зв'язку 1 і 2 формуються вузлом захисту і контролю 5 на основі значень напруги і струму на виході інвертора. У випадку короткого замкнення чи зниження напруги живлення, значення сигналів перевищують порогові значення, що блокує роботу генератора. Як правило функції блоку контролю яскравості і широтно-імпульсного модулятора виконує спеціалізована мікросхема.

Размещено на Allbest.ru

...