Разработка выходного каскада импульсного БП

 

 

 

Недоліки: Значні струми через вентилі  випрямляча, Рівень пульсацій значно вище, ніж у схемах двухполуперіодних випрямлювачів.

     В другому варіанті схеми характеристики випрямляча відповідають характеристикам однополуперіодного випрямляча.

2.4. Імпульсні стабілізатори

Імпульсні стабілізатори

Призначення:

 Імпульсні стабілізатори  напруги (СН) в даний час набули  поширення не менше, ніж безперервні  стабілізатори. Завдяки застосуванню  ключового режиму роботи силових  елементів такі стабілізатори,  навіть при значній різниці  в рівнях вхідних і вихідних  напруг можна отримати ККД,  рівний 70 - 80%, в той час як у  безперервних стабілізаторів він  становить 30 - 50%. В імпульсних СН застосовується регулюючий транзистор, який  безперервно перемикається пристроєм керування  зі стану насичення в стан відсічки з частотою 5 .. 50 кГц. Отримана послідовність імпульсів з амплітудою джерела живлення надходить на вузол накопичення енергії, що складається з котушки і конденсатора, де перетворюється в необхідну постійну напругу.

 Переваги імпульсних СН:

• досить високий ККД (до 60%);
• низька потужність, що виділяється;
•   малі габарити;
• використання імпульсного стабілізатора дозволяє в ряді випадків виключити з схеми силовий трансформатор, що працює на частоті 50 Гц, що також покращує показники стабілізаторів.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

 

 

Основними недоліками імпульсних СН є:

• більш висока складність виготовлення, зокрема необхідність використання котушки індуктивності;
• наявність інтенсивних електричних завад, жорсткі вимоги до діапазону навантажень (коротке замикання і холостий хід не завжди припустимі);
• наявність пульсацій вихідної напруги

Схема стабілізації  напруги зображена на рисунку (2.7):

Рисунок 2.7 – Схема стабілізації  напруги

Принцип роботи:

 Ключ S періодично  вмикається і вимикається  схемою управління (СУ) залежно  від значення  напруги  на  навантаженні.

 Схема  управління працює  таким чином,  що період  проходження імпульсів,  які відкривають  ключ  S  постійний,  а змінюється  тільки тривалість  імпульсів, тобто  керуючі  імпульси  в залежності  від  величини  вихідної напруги  модулюються  по  ширині.  Такий  метод називається  широтно-імпульсною модуляцією  (ШІМ).  Коли  ключ  S  замкнутий  конденсатор  С  заряджається  по колу: +  Uвх→  ключ  S →індуктивність  L →С (паралельно)  Rн→-Uвх. Величина  напруги до  якої  зарядиться  конденсатор  С  залежить  лише від  часу перебування  в замкнутому  стані  ключа  S  (так як постійна  часу ланцюга  заряду не  змінюється (кут нахилу  прямої  постійний)).  Одночасно  з цим  в цей же час за  рахунок протікання  струму  заряду  С і струму  навантаження відбувається  накопичення  енергії  в магнітному  полі  котушки  L.  Кількість енергії  залежить  від часу  замкнутого  стану ключа. Коли  ключ  S  розімкнений  енергія  магнітного  поля  котушки  L  і заряд на  ємності  С виступають  у вигляді  джерела  ЕРС який  підтримує  струм через навантаження.

 Розряд  конденсатора  відбувається  по колу:  +  С→  Rн→-С.

 Розряд  індуктивності  відбувається  по колу: L →Rн →VD→ L.

 Чим  більший час ключ  S  знаходиться  в замкнутому  стані, тим  більша  напруга  на  виході. В якості  ключа S,  як  правило,  використовують  біполярний  або польовий  транзистор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

 

 

3 Розрахункова частина

3.1 Розрахунок згладжуючого фільтра

До складу вихідного каскаду  завжди входить згладжуючий фільтр. Згладжуючий фільтр джерела електроживлення зібраний за схемою (рис.3.1 А)  має коефіцієнт згладжування S1 = 185.

Визначаємо коефіцієнт згладжування S2 для нової схеми (рис. 3.1 Б.)

А)                                        Б)

Рисунок 3.1 - Згладжуючий фільтр джерела електроживлення

Для схеми (рис. 3.1 Б.) коефіцієнт згладжування дорівнює:

Визначаємо коефіцієнт згладжування фільтра , якщо U₀=20 В; U_1m = 0,2 В. На вході фільтра однофазна мостова схема, яка зображена на рисунку (3.2):

Рисунок 3.2 - Однофазна мостова  схема

Коефіцієнт згладження LC- фільтра визначається виразом:

де K_ПВХ=0,67, так як випрямляч побудований по однофазній мостовій схемі випрямляча , а K_ПВЫХ дорівнює :

Тоді коефіцієнт згладжування фільтра :

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

 

 

Коефіцієнт згладжування LC-фільтра визначається виразом:

,

тому виходячи з виразу згладжуючі дії фільтра не зміняться:

Визначаємо коефіцієнти згладжування ланцюгів.

Коефіцієнт згладжування пасивного RC-фільтра визначається з  виразу:

Коефіцієнт згладжування активного RC-фільтра визначається з  виразу:

4 Експлуатаційна частина

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

 

     

 

4.1 Основні правила експлуатації  блоку живлення

Напруга: Визначаємо напругу, необхідну для нормальної роботи системи. Встановлюємо перемикач на корпусі блоку живлення на потрібне напруження . Якщо напруга невідома, обираємо найменшу. Якщо прилад не працює при цій напрузі, переводимо перемикач  у наступне положення, поки прилад не запрацює.

Струм: Визначаємо струм,  що споживає електроприлад, і переконаємося, що для його живлення можна використовувати  той чи інший блок живлення.

Тип роз'єму: Виберіть вхідний роз'єм, що підходить для даного блоку живлення. Роз'єм повинен входити в гніздо з легким зусиллям. Не намагайтеся вставити роз'єм, якщо він входить з великим натиском, так як це може привести до пошкодження блоку живлення.

Підключіть блок живлення до мережі 100-240 В. Якщо пристрій не працює належним чином, негайно вимкніть блок живлення від мережі і перевірте  правильність установки режиму роботи блоку живлення. 
Інструкції з техніки безпеки:

- Використовуйте блок  живлення тільки в приміщенні, не залишайте його у вологому  місці або під дощем;

- Відключайте блок живлення  від мережі, якщо він не використовується;

- Не включайте блок  живлення в мережу в разі  його пошкодження;

- Не розбирайте блок  живлення.

4.2 Монтаж та підключення  блоку живлення

Якщо блок живлення було придбано окремо від корпусу виникає  необхідність встановлення. Встановлення робиться у такий спосіб:

Знімаємо кришку системного блоку, витягуємо блок живлення з  захисної  коробки та розміщуємо у відведеному під нього місці  в корпусі системного блоку.

Закріплюємо блок живлення на місці спеціальними гвинтами для  кріплення. Підключаємо основний (20або 24 контактний) роз’єм до материнської плати. Під’єднуємо додаткові роз’єми живлення (CPU) які часто бувають необхідними на сучасних материнських платах.

Підключаємо живлення до відео  карти за допомогою шлейфу PCI-E. Підключаємо  живлення до жорсткого та до оптичного  диску. Підключаємо шлейф живлення до гнучкого дисководу. Закриваємо кришку системного блоку. Підключаємо мережевий  шнур до вхідного роз’єму блоку живлення. Встановлюємо перемикач подачі живлення на блок живлення в активний режим. Після цього ним можна користуватися.

4.3 Основні експлуатаційно-технічні характеристики

Якісні блоки живлення мають вкрай низьку величину струму, підведеного до заземлення (менше 500 мА). Це важливо з точки зору безпеки  ПК, якщо він не підключений до заземлення.

Більш якісний блок живлЗмн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

ення також допомагає  захищати вашу систему. Зокрема, використовуючи блоки живлення таких виробників, як PC Power та Cooling, ви можете не переживати за безпеку компонентів ПК в наступних випадках:

- 100% відключення енергії  будь-якої тривалості;

- короткочасне падіння  напруги;

- пікове збільшення напруги  до 2500 В на вході (наприклад,  в результаті удару блискавки  або короткочасного стрибка напруги  в мережі).

Нижче наведено перелік найбільш поширених параметрів блоків живлення:

- напрацювання на відмову  (Mean Time Between Failures - MTBF) або напрацювання до відмови (Mean Time To Failure - MTTF). Розрахунковий інтервал часу, виражений у годинах, протягом якого передбачається, що блок живлення буде працювати до виходу з ладу. Блоки живлення зазвичай мають рейтинги MTBF (наприклад, 100 000 годин або більше), які, очевидно, не є результатом реальних емпіричних тестів. Фактично, виробники використовують опубліковані стандарти для обчислення MTBF, засновані на рейтингах відмов окремих компонентів блоку живлення. Цифри MTBF для блоків живлення часто включають рівень навантаження, який передбачається (в% від загальної потужності), а також температуру навколишнього середовища, при якій дані значення актуальні;

- вхідний (або робочий)  діапазон. Діапазон напруг, з якими  може працювати БП. Наприклад,  для американської мережі змінного  струму 120 В вхідний діапазон, як  правило, становить 90-135 В, а  для європейських мереж 240 В  типовий діапазон 180-270 В;

- піковий струм при  включенні. Максимальна величина  струму на момент часу безпосередньо  після включення БП, виражена  в амперах при заданій напрузі.  Чим нижче ця величина, тим  менший температурний стрибок  відчуває система;

- час відключенЗмн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

ня. Кількість часу (у мілісекундах), протягом якого БП може підтримувати рівні напруги у відповідності зі значеннями за специфікацією у разі раптового відключення вхідного струму. Це дозволяє комп'ютеру продовжувати роботу після короткочасного спаду напруги в мережі без пере завантаження або відключення. Величини в 15-30 мс є стандартними для сучасних БП, але чим більше дана величина, тим краще. Згідно специфікації "Power Supply Design Guide for Desktop Platform Form Factors", мінімальний час відключення становить 16 мс. Час відключення також сильно залежить від поточного навантаження на блок живлення. Час відключення, як правило, відображає мінімальний час, виміряний під максимальним завантаженням. Якщо навантаження знижується, то час відключення пропорційно зростає. Наприклад, якщо блок живлення на 1000 Вт має час затримки 20 мс відповідно до своєї специфікації (виміряний під навантаженням 1000 Вт), то при навантаженні 500 Вт (половина заявленої потужності) час завантаження збільшується вдвічі, а при навантаженні 250 Вт - в чотири рази. Насправді, це одна з причин придбати більш потужний блок живлення, ніж потрібно з урахуванням вимог компонентів системи;

- час переходу. Кількість  часу, який потрібен блоку живлення, щоб відновити напруги на виходах  після переходу в інший режим  роботи. Тобто, мова йде про   час, за який напруги на виходах  блоку живлення стабілізуються  при включенні або відключенні  одного з компонентів ПК. Блок  живлення перевіряє навантаження  по виходах через регулярні  інтервали часу. Коли пристрій  відключається блок живлення  протягом короткого проміжку  часу може продовжувати підводити  високий рівень струму по роз'єму живлення. Ця зайва напруга називається "викидом", а час переходу означає проміжок часу, який потрібен для повернення до стандартних значень напруги на виходах згідно специфікації. Зміна режиму роботи якого-небудь з компонентів комп’ютерної системи розглядається, як стрибок напруги, що може викликати збої і зависання комп'ютера, так як впливає на напругу, що подається до  інших виходів.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

     Будучи однією з основних проблем імпульсних блоків живлення, коли вони тільки з'явилися, "викиди" були помітно знижені в останні роки. Значення часу переходу часто виражаються як тимчасові проміжки, але іноді вони виражаються  граничною величиною зміни напруг на виходах (наприклад, у специфікації говориться, що "рівень напруги на виході при зміні режиму навантаження може змінюватися в межах 20%);

- захист від перевищення  напруги. Даний параметр визначає  показники для кожного виходу, при яких блок живлення відключає  той чи інший вихід. Можуть  виражатися або в%% від значення  по специфікації (наприклад, 120% для +3,3 В і +5 В), або в реальних значеннях напруги (наприклад, +4,6 В для виходу +3,3 В і +7 В для виходу +5 В);

- максимальний струм навантаження. Максимальне значення струму (в  амперах), який може безпечно проходити  через той чи інший вихід.  Значення виражаються в індивідуальній  силі струму для кожної напруги.  Спираючись на ці дані, ви можете  не тільки розрахувати загальну  потужність блоку живлення, але  і перевірити, скільки пристроїв  можна "повісити" на той чи  інший вихід;

- мінімальний струм навантаження. Визначає найменше значення струму (в амперах), яке повинно подаватися  на конкретний вихід для забезпечення  його роботи. Якщо струм, споживаний  на виході, знижується нижче мінімального, то блок живлення може вийти  з ладу або автоматично відключиться;