Импульсные блоки питания для IBM PC

Рис. 2.5. Фрагмент принципиальной схемы источника питания фирмы Linkworld

Принцип действия автогенератора, построенного по схеме рис. 2.5, аналогичен рассмотренному выше принципу. В первичной цепи трансформатора TV включены две обмотки: W1 – первичная силовая обмотка, Wос – обмотка обратной связи, подсоединенные в базовой цепи транзистора VT1. Питание каскада осуществляется выпрямленным сетевым напряжением. Общие проводники первичной и вторичной цепей не имеют гальванических соединений. В качестве демпфирующей цепочки, подключенной к коллектору транзистора VT1, использованы последовательно соединенные резистор R5 с номиналом 100 Ом и конденсатор С3 емкостью 2000 пФ. Вследствие того, что при работе на индуктивную нагрузку транзистор VT1 испытывает большие перегрузки по напряжению, в схеме применен мощный транзистор типа 2SC5027. Тип диодов VD1 и VD2 – 1N4148. Элемент ZD1 – маломощный стабилитрон с напряжением стабилизации 6,8 В. Резисторы имеют следующие номиналы: R1 – 1,5 кОм, R2 – 820 Ом, R3 – 470 кОм, R4 – 1,5 кОм. Конденсатор C1 – электролитический на напряжение 50 В и емкостью 10 мкФ. Конденсатор С2 – керамический, емкостью 4700 пФ. На рис. 2.5 цифрами в кружочках отмечены контрольные точки, для которых на рис. 2.6 приведены диаграммы напряжений.

Рис. 2.6. Диаграммы напряжений в точках схемы автогенератора по рис. 2.5

Как видно из верхней диаграммы (см. рис. 2.6), частота генерации составляет ~ 110 кГц. Величина напряжения на коллекторе практически достигает 700 В. На отрицательной обкладке конденсатора C1 (относительно положительной) в процессе работы устанавливается постоянное напряжение величиной ~ -9,5 В. Измерения параметров данной схемы и снятие временных диаграмм производилось в отсутствие нагрузки по всем вторичным цепям, включая канал +5VSB.

Основные функции автогенераторной схемы заключаются в формировании начального напряжения питания, необходимого для запуска ШИМ преобразователя, и в обеспечении подачи напряжения на электронные узлы, когда компьютер находится в дежурном режиме работы.

Вторичная обмотка трансформатора Т6 одним выводом присоединена к общему проводу вторичной цепи питания. От средней точки вторичной обмотки сделан отвод для подключения выпрямителя канала дежурного режима. Выпрямитель выполнен на одном диоде D8, параллельно которому включена форсирующая емкость C13 для ускорения рассасывания избыточного заряда в полупроводниковой структуре при подаче на диод запирающего напряжения. Катод диода D8 соединен с конденсатором фильтра C14 и входом VI параметрического стабилизатора IC3. Параллельно входу IC3 подключен резистор R19 с номиналом 680 Ом.

В отсутствие нагрузки источника питания по всем каналам конденсаторы выпрямительных фильтров заряжаются до амплитудного значения импульсного напряжения. В этом случае напряжение на выходе выпрямителя канала +5VSB составляет +20 В, а на катоде диода D9 (выпрямитель канала питания ШИМ преобразователя) оно равно +15 В.

Сравнивая две автогенераторные схемы, отметим различия в построении самого автогенератора и в подключении вторичных обмоток к нагрузочным цепям. В выпрямительной схеме источника питания фирмы DTK на стабилизатор канала +5VSB подается напряжение более высокого уровня, чем на схему электропитания ШИМ регулятора. А в схеме источника фирмы Linkworld наоборот. В этом случае напряжение питания микросхемы ШИМ регулятора в отсутствие потребления по каналу +5VSB составляет примерно +35 В, а на входе микросхемы IC3 оно равно +17 В.

Согласно рекомендациям «Руководства…», о котором упоминалось выше, канал дежурного режима должен выдавать стабилизированное напряжение с номинальным значением +5 В постоянно, когда на источник питания подано первичное напряжение. Этот канал должен оставаться работоспособным, даже если остальные вторичные питающие напряжения отключены внешним сигналом высокого логического уровня, поданным на вход PS-ON источника питания. Напряжение дежурного канала необходимо для формирования самого сигнала PS-ON. Состояние дежурного режима может быть установлено, если существует необходимость запуска ПЭВМ через карту локальной сети (LAN-адаптер) или модем.

Минимальная токовая нагрузка, которую обязан обеспечивать канал дежурного режима, должна составлять 750 мА при уровне выходного напряжения +5 В (±5 %). С развитием вычислительной техники энергетические потребности в мощности по каналу дежурного питания постепенно возрастают. Поэтому было принято условие: увеличение токовой нагрузки по этому каналу до значений 1 А или 1,5 А не должно приводить к выходу из строя элементов источника питания, работающих в этом канале. Канал должен быть снабжен встроенной защитой от перегрузки. Для выполнения этого требования и обеспечения стабилизации напряжения +5VSB в канале установлен интегральный стабилизатор 7805 – микросхема IC3. Стабилизатор имеет встроенную защиту от перегрузки и перегрева. К выходу интегрального стабилизатора IC1/3 подключен дополнительный фильтрующий конденсатор C16.

При подаче входного напряжения питания к источнику на выходе стабилизатора IC3 формируется напряжение +5 В. Через резистор R22 выход этого стабилизатора подсоединяется к базовой цепи транзистора Q2. Таким образом, если на входе сигнала нет иного напряжения, подаваемого, например, от системной платы компьютера, то базовая цепь транзистора Q2 оказывается под воздействием высокого логического уровня, блокирующего работу основной схемы преобразователя. Вследствие чего происходит отключение вторичных напряжений.

Интегральные стабилизаторы напряжения положительной полярности серии 78ХХ содержат микросхемы с аналогичным схемотехническим построением и отличаются уровнями выходного напряжения. Выбран следующий ряд положительных напряжений стабилизации (в вольтах): 5, 6, 8, 8,5, 9, 12, 15. Стандартный допуск на отклонение выходного напряжения от номинального значения составляет ±5 %. Номинал выходного напряжения указывается в наименовании микросхемы вместо ХХ, например: ХХ = 05 – означает +5 В, ХХ = 85 – это 8,5 В. В наименовании зарубежных микросхем перед типом прибора присутствует индекс, указывающий на фирму-производитель, например: тА78ХХ – фирма Fairchild, ИА78ХХ – Texas Instruments и т. д. Функциональными аналогами этих стабилизаторов отечественного исполнения являются микросхемы серии КР142ЕНХХ, точность установки выходного напряжения в них составляет от ±2 до ±4 % в зависимости от номинала выходного напряжения и исполнения корпуса. Нагрузочная способность стабилизаторов для различных модификаций равна 1,5 и 2 А. В отечественной маркировке цифра в конце не всегда соответствует значению напряжения стабилизации. Так, стабилизатор с номинальным выходным напряжением +9 В имеет обозначение КР142ЕН8А, а микросхема КР142ЕН5Б на выходе формирует напряжение +6 В. Для надежного определения типа прибора при проведении замены обязательно следует пользоваться справочной литературой.

На принципиальной схеме, показанной на рис. 2.2, представлена базовая схема включения стабилизатора типа 7805. Для ее работы требуется минимум внешних элементов, которыми являются, как правило, конденсаторы фильтров, подключаемых на его входе и выходе. Некоторые фирмы-производители подобных микросхем (что справедливо и для отечественных микросхем серии КР142ЕНХХ) рекомендуют устанавливать на входе дополнительный керамический конденсатор емкостью 0,33-2,2 мкФ. Физическое подключение данного конденсатора рекомендуется производить в непосредственной близости от входа стабилизатора. Это необходимо учитывать, когда микросхема стабилизатора соединена с выходом выпрямителя достаточно длинными проводниками. Керамический конденсатор устраняет генерацию, возникающую в стабилизаторе под влиянием паразитных индуктивностей и емкостей проводников печатного монтажа. Паразитный колебательный процесс возбуждается в момент скачкообразного изменения напряжения на входе стабилизатора. Амплитуда колебаний может превышать уровень максимально допустимого входного напряжения, что выведет из строя выходной мощный транзистор стабилизатора. Установка керамического конденсатора изменит характеристики контура распределенных реактивных элементов, нарушит условия возникновения генерации и входное напряжение будет нарастать плавно.