Исследование основных свойств и характеристик высокоэффективных импульсных блоков питания

       Сопротивление диода не постоянно: при прямом включении единицы  - десятки Ом, при обратном – тысячи. Для преодоления потенциального барьера нужно подать внешнее напряжение: для диода Шоттки 0,2 – 0,3 В, тогда сопротивление диода значительно уменьшается, он начинает пропускать ток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Блок питания является одним из самых ненадежных устройств  компьютерной системы. Это жизненно важный компонент персонального компьютера, поскольку без электропитания не сможет работать ни одна компьютерная система. Главное назначение блоков питания — преобразование электрической энергии, поступающей из сети переменного тока, в энергию, пригодную для питания узлов компьютера. Блок питания преобразует сетевое переменное напряжение 220 В. 50 Гц (120 В. 60 Гц) в постоянные напряжения -3.3.-5 и +12 В. Как правило, для питания цифровых схем (системной платы, плат адаптеров и дисковых накопителей) используется напряжение +3.3 или +5 В. а для двигателей (дисководов и различных вентиляторов)— +12 В. Компьютер работает надежно только в том случае, если значения напряжения в этих цепях не выходят за установленные пределы.

Источники питания стандарта  АТ/ХТ являются одними из ранних разработок используемых для применения в IBM PC совместимых компьютерах.

Совершенствование персональных компьютеров и используемых в  них источников электропитания происходило  постепенно и параллельно. Появление  новых функциональных возможностей у вычислительных средств немедленно отражалось на моделях источников питания. В более ранних модификациях блоков питания для ПК, блоках питания стандарта АТ/ХТ не было этого дополнительного канала питания. Кроме того, их структурное и схемотехническое построение имело некоторые существенные особенности по сравнению с более поздними моделями источников питания. Тем не менее эти блоки питания еще достаточно часто можно встретить в ПК выпущенных ранее и еще используемых в различных областях. Источник питания подобного типа построен по схеме импульсного преобразователя напряжения с бестрансформаторным подключением к питающей сети. Он выполняет преобразование переменного сетевого напряжения в постоянные с различными заданными номиналами и допусками.

Гальваническая развязка вторичных цепей питания и питающей сети обеспечивается импульсным трансформатором преобразователя напряжения.

Электропитание цепей  системного блока персонального  компьютера типа АТ/ХТ осуществляется постоянными стабилизированными напряжениями с номинальными уровнями +12, +5, -12 и -5 В. Последние модификации системных плат AT компьютеров содержат элементы, требующие для питания напряжений 2-3,6 В. Эти напряжения вырабатываются интегральными стабилизаторами, установленными непосредственно на системных платах, а не сетевыми импульсными преобразователями напряжения.

Отличие блоков питания  компьютеров АТ/ХТ от источников питания  для модулей АТХ форм-фактора  заключается в наличии дополнительного  кабеля соединения с сетевым выключателем. Первичное подключение сети к источникам АТ/ХТ модулей производится через аналогичную вилку, но далее кабелем подводится к сетевому выключателю. Через сетевой выключатель напряжение питания подается на входные цепи электронной схемы преобразователя и на розетку, установленную на корпусе блока питания. Сетевая розетка служит для транзита сетевого напряжения. Наиболее часто к ней подключается монитор компьютера. Включение импульсного блока питания происходит при замыкании контактов сетевого выключателя, выключение - их размыканием. Размыканием контактов сетевого выключателя напряжение первичной сети снимается с входных клемм блока питания и транзитной розетки. ШИМ регулирование силового каскада импульсного преобразователя является наиболее оптимальным способом управления уровнем выходного вторичного напряжения источника питания. Схема широтно-импульсного модулятора построена на широко распространенной микросхеме типа TL494. Источник питания, стандарта AT\XT относится к классу преобразователей напряжения с внешним возбуждением. Генерация сигналов управления работой импульсного усилителя мощности выполняется узлом ШИМ преобразователя. После подачи питания включаются внутренние каскады микросхемы ШИМ преобразователя. Узлом, задающем частоту следования импульсов в выходных последовательностях, является генератор пилообразного напряжения, рабочая частота которого определяется внешними элементами. Типовая схема включения для ШИМ преобразователя типа TL494 обязательно содержит корректирующую RC цепочку. Частотная коррекция способствует сохранению устойчивости в работе аналоговой части ШИМ преобразователя при резких перепадах уровней выходного напряжения +5В. Резкое изменение выходного уровня может быть обусловлено синхронностью множественных переключений цифровых элементов персонального компьютера. В такие моменты может возникнуть скачок или спад напряжения, которые система авторегулирования должна будет компенсировать. Для того чтобы в моменты перепадов не возникали колебания периодического характера, установлены данные элементы коррекции. существуют схемы, в которых управляющие сигналы подаются от ШИМ преобразователя на согласующей трансформатор без дополнительного усиления. Применение согласующего трансформатора для передачи импульсных сигналов от схемы управления на силовые элементы преобразователя является универсальным решением. Такой подход позволяет обеспечить гальваническую развязку узла управления, подключенного к вторичной цепи питания, и осуществить преобразование сигнала управления по току. Источник питания, принципиальная схема которого изображена ниже, относится к классу преобразователей напряжения с внешним возбуждением. Генерация сигналов управления работой импульсного усилителя мощности выполняется узлом ШИМ преобразователя. Сигналы управления имеют малый уровень и мощность. Усиление этих сигналов по току и напряжению производится силовым каскадом. Импульсный усилитель мощности выполнен по полумостовой схеме. Нагрузкой силового каскада является импульсный трансформатор, включенный в диагональ моста. Для защиты силового трансформатора от насыщения постоянной составляющей протекающего тока его включение произведено последовательно с керамическим конденсатором Силовые каскады блоков питания для персональных компьютеров строятся по схеме полумостового преобразователя. В классическую схему полумостового преобразователя могут вводиться различные дополнения, обусловленные стремлением разработчиков совместить выполнение различных функций в одной группе элементов. В данном случае первостепенное значение имеет обеспечение начального запуска микросхемы ШИМ управления. Выпрямленное, отфильтрованное и стабилизированное напряжение подается в нагрузку с выхода вторичных цепей источника питания. В импульсных источниках для ПЭВМ класса ХТ/АТ во вторичной цепи формируются четыре номинала постоянных напряжений и особый служебный сигнал «питание в норме». Если в процессе функционирования источника питания отмечены отклонения от его нормального режима работы или произошел полный его отказ, проверку работоспособности преобразователя следует производить поэтапно, последовательно включая узлы схемы. Последовательная проверка необходима как для локализации неисправности, так и для обеспечения максимальной безопасности. Для облегчения собственной работы по проверке функционирования каскадов формирования ШИМ последовательностей следует предварительно выяснить следующее ключевые моменты:

• какой способ подачи питания на ШИМ преобразователь применяется в данном изделии;

• какая схема зашиты используется; при этом необходимо определить цепи микросхемы TL494, к которым подключаются каскады зашиты.

Правильная идентификация  типа схемы позволит правильно подключить внешние источники питания и  измерительные приборы.

Если при проверке функционирования каскадов ШИМ преобразователя  и промежуточного усилителя не обнаружено отклонений от нормального режима, можно подключать питающее напряжение к усилителю мощности. По окончании проверки необходимо отключить все источники питания от преобразователя, а также восстановить все соединения, нарушенные в процессе подготовки к проведению диагностики.

Завершающий этап контроля параметров импульсного источника  питания следует выполнять только после предварительного прогона  отдельных узлов от дополнительных внешних источников постоянного  напряжения. На последней стадии все  каскады преобразователя проверяются при подключении к источнику переменного напряжения номинального уровня, поэтому все неисправности должны быть устранены в процессе предварительной проверки.

Проведение проверки работоспособности всех функциональных узлов и проведение измерений с применением осциллографа следует выполнять при подключении тестируемого изделия к первичной сети через развязывающей трансформатор.

 

 

Литература

 

1.ГУК М.  Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. — СПб.: «Пи тер», 2000. — 816 с: илл.

2.Э. Таненбаум Архитектура компьютера.- СПб, 2004

3.Скот Мюллер. Модернизация и  ремонт ПК. - СПб, 2004

4.Мураховский В.И. Устройство  компьютера – Москва ,2003

5. ВТ Аппаратные ср-ва IBM PC Энц. (Гук М.), СПб Питер, 99 6.МУРАХОВСКИЙ В. И., ЕВСЕЕВ Г. А. Железо ПК - 2002. Практическое руководство. — Москва: «ДЕСС КОМ»,2002. — 672 с: илл.

6. Исаев В.М. Основные направления программного развития электроэнергетики в обеспечение повышения качества специальной техники. Научно-технический сборник «Электропитание», вып.5, С.-Петербург, 2005.

7.Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Проблемы устойчивости модульных систем электропитания // Труды конференции. Всероссийская научно-техническая конференция «Научно-технические проблемы электропитания», Москва, 2006. С. 25 34.

8.Дмитриков В. Ф., Сергеев В.В., Самылин И.Н. Повышение эффективности преобразовательных и радиотехнических устройств. М.: Радио и связь, 2005. 423 с.

9.Дмитриков В.Ф., Беловицкий О.Н, Шушпанов Д.В., Филин В.А., Калмыков С.В., Самылин И.Н. Устойчивость импульсных источников питания при работе на комплексную нагрузку и в децентрализованных системах питания // Электрическое питание 2006. Вып. 6. С. 4 9. 

10.Шушпанов Д.В. Высокоэффективные импульсные преобразователи напряжения с ШИМ и распределенные системы электропитания на их основе.

 Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Специальность: 05.12.04 «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения». СПб. 2005. 244 с.

11. Колосов В.А., Либенко Ю.Н., Парфенов А.В., Бурцев Л.Б., Денисов И.М., Иванова О.В. Расчет сетевого защитного устройства типа B3C-30A-350B / Электропитание. СПб. Вып. 6. 2006. С. 54 60.

12. Колосов В.А., Мухтарулин B.C. Устранение недопустимых воздействий на электронную аппаратуру из сетей электропитания / СТА. №2. 2001.

13.Колосов В.А., Либенко Ю.Н., Парфенов А.В. Технические средства для исследования сетевых помех / Электропитание. СПб Вып. 5. 2005

14. Dan Sheegan Designing a regulator's LC input filter: "Ripple" method prevents oscillation woes // Electronic Design. 1979. #16. P. 102 104.

 15.Middlebrook R.D. Input Filter Considerations in Design and Application of Switching Regulators // IEEE Power Electronics Specialists Conference. 1977. P. 36 -57.

 16.Mitchell D.M. Power Line Filter Design Considerations for dc-dc Converters 11 IEEE Industry Applications Magazine. November/December. 1999. P. 16 26.

 17.Middlebrook R.D. Design Techniques for Preventing Input-Filter Oscillations in Switched-Mode Regulators // Proc. Fifth National Solid-State Power Conversion Conference. 1978. P. A.3.1 A.3.16.

 18.Fred C. Lee, Yuan Yu Input-Filter Design for Switching Regulators 11 IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1979. Vol. AES-15. #5. P. 627 -634.

19. Крючков B.B., Соловьев И.Н. Входные фильтры импульсных источников питания // Практическая силовая электроника. 2005. №20. С. 2 5.

20.Jang Y., Erikson R.W. Physical Origins of Input Filter Oscillations in Current Programmed Converters // IEEE Transactions on Power Electronics. 1991. Vol.7. #4. P. 725 733.

21.Yu Y., Biess J.J. Some design aspects concerning input filters for dc-dc converters I I IEEE Power Electronics Specialists Conference Record (DESC71, Record). 1971. P. 66 76.

22.Kopdicaeuu O.A., Донкеев С.С. Оптимизация входного фильтра импульсных стабилизаторов // Тезисы докладов и сообщений III Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов». Волгоград. 2004. С. 225 226.

23.Коржавин О.А., Донкеев С.С. Оценка влияния входного фильтра на работу импульсных источников электропитания // Электросвязь. 2005. №10. С. 23 -26.

24.Коржавин О.А., Донкеев С. С. Влияние входного фильтра на систему электропитания // Тезисы докладов и сообщений III Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов». Волгоград. 2004. С. 195 196.

25.Колосов В.А. «Убийцы» электронной аппаратуры электрические сети. Спецвыпуск «Живая электроника России - 2000», М., 2000.

26.Устройство для защиты  от импульсных перенапряжений (УЗИЛ) и помех. Каталог продукции  Hakel. 2007. 72 с.

27.Помехозащитные устройства. Каталог продукции ЗАО «ЭМСОТЕХ». 2005. 52 с.

Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В., Кобелянский А.Е. Устойчивость работы распределенной системы электропитания при двукратном преобразовании энергии // Электронные компоненты. Москва. 2007. №9 С.

28.Чети П. Проектирование  ключевых источников электропитания: Пер. с англ. — М.: Энергоатомиздат, 1990. 236 с.

29.Chetty P.R.K. Closed Loops On Track for Testing Switchers. // Electronic Design. July 7.1983. P. 135 - 140.

30.ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Электромагнитная совместимость. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Госстандарт, 1998.

31.Бушуев В.М., Цыганков И.Л. Оценка устойчивости систем электропитания предприятий связи, содержащих импульсные стабилизаторы напряжения и тока//Электросвязь. 1998. №8. С. 30 32.

32.Erickson R. W. Fundamentals of Power Electronics. New York: Chapman and Hall. 1997.

33.Простотин В. В.  Устойчивость системы электропитания  аппаратуры связи // Электросвязь. 1982. №2. С. 31 35.

34.Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника / М.: Техносфера, 2005. 632 с.

35.Балакшина JI.B., Bwiecoe Д.В., Исхаков А.С. Влияние внутреннего сопротивления источника питания на область устойчивости ШИП // Электротехника, 1995, №7, С. 10 -13.

36.Бессекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975, 767 с.

37.Букреев С.С., Головацкий В.А. Источники вторичного электропитания // под ред. Ю.И. Конева. М.: Радио и связь, 1993, 280 с.

38.Воловин Г.И. Передаточные функции широтно-импульсных систем с учетом свойств первичного источника питания // Электричество, 1980, №11, С. 65 -68.