Александр Куличков - Импульсные блоки питания для IBM PC

В данном варианте построения регулятора напряжения +3,3 В следует отметить две характерные особенности. Выходное напряжение канала корректируется потенциометром R11, а не жестко задается резистивным делителем с заранее определенными номиналами. К коллектору регулирующего транзистора Q1 на схеме рис. 2.17 не подключен накопительный конденсатор. В этом варианте замыкание выходных клемм канала +3,3 В на балансный источник напряжения через транзистор Q1 происходит в течение действия отрицательных импульсов на катоде диода D3. В остальные промежутки времени коллектор Q1 подключен к общему проводу питания через диод D4. Принцип регулировки уровня напряжения этого канала полностью аналогичен способу, ранее описанному при рассмотрении схемы, представленной на рис. 2.2.

На схеме рис. 2.17 также показан способ подключения вентилятора FAN, установленного внутри корпуса источника питания. Вентилятор, прежде всего, служит для охлаждения мощных элементов самого источника питания. Воздушный поток движется из внутренней полости источника наружу. Оба силовых транзистора источника питания установлены на одном радиаторе через изолирующие прокладки. На втором радиаторе закреплены выпрямительные диодные сборки сильноточных каналов. Оба радиатора расположены напротив вентилятора и при его работе охлаждаются воздушным потоком.

Каскад на транзисторах Q2 и Q3 предназначен для регулировки уровня напряжения и соответственно для частоты вращения ротора вентилятора. Все источники питания ATX конструктива имеют аналогичные регуляторы скорости вращения вентилятора. Питание каскада производится от вторичного напряжения +12 В. Начало вращения вентилятора после подключения источника к питающей сети может служить своеобразным индикатором формирования вторичных напряжений. Сам вентилятор включен в эмиттерную цепь транзистора Q3. Уровень напряжения на вентиляторе и соответственно скорость его вращения зависят от внутренней температуры источника. Датчиком температуры является терморезистор TH1 с отрицательным коэффициентом сопротивления, подключенный между базой транзистора Q2 и общим проводом питания. По мере прогревания внутренней полости прибора значение сопротивления резистора TH1 уменьшается. Уровень напряжения базового смещения у транзистора Q2 снижается. Развитие этого процесса приводит к постепенному закрыванию транзистора Q2 и повышению напряжения на базе Q3. При полностью закрытом транзисторе Q2 напряжение на базе Q3 достигает своего максимального уровня, и транзистор Q3 полностью открывается. Величина сопротивления перехода коллектор-эмиттер транзистора Q3 падает до минимально возможной. Скорость вращения вентилятора в этих условиях самая высокая.

2.4.5. Цепи защиты и цепи формирования служебных сигналов

Силовые элементы (как активные, так и пассивные) для каждого источника питания выбираются с учетом предельных рабочих режимов, которые должен обеспечивать источник. Увеличение нагрузки сверх расчетной приводит к повреждению компонентов силовой части. Если меры защиты от ненормированного увеличения потребления тока нагрузкой не предусмотрены, выпрямительные и индуктивные элементы вторичных цепей также могут быть безнадежно испорчены. В этом случае блок полностью придет в негодность и для его восстановления потребуются большие трудовые и материальные затраты. Для исключения повреждения цепей источника питания в его схему вводятся дополнительные элементы, которые обеспечивают защиту при возникновении в нагрузке процессов, не предусмотренных условиями нормального функционирования всего источника питания.

Основная цель применения этих элементов – воздействовать на цепи управления формирователя импульсных сигналов для ограничения подачи энергии во вторичные каналы напряжения до устранения причины, вызвавшей возникновение неконтролируемого процесса. Система защиты источника, показанная на схеме рис. 2.2, срабатывает в следующих случаях:

• короткого замыкания по вторичным каналам отрицательных напряжений;

• превышения уровня напряжений каналов +5 В и +3,3 В выше предела, установленного техническими характеристиками;

• чрезмерного увеличения длительностей импульсов управления силовыми транзисторами.

Процесс включения защиты имеет комплексный характер и в некоторых случаях сигналы, приводящие его в действие, поступают на исполнительную цепь по нескольким каналам. Для запуска защитного механизма во всех перечисленных выше случаях предусмотрены свои отдельные каскады. Каждый из них формирует индивидуальный сигнал защиты. Все эти сигналы объединяются элементом монтажного ИЛИ, реализованным на дискретных компонентах. Выход элемента ИЛИ подключен к микросхеме ШИМ регулятора IC1, работа которой блокируется в случае фиксации неисправности хотя бы в одном из каналов защиты. Действие, которое оказывает каждый канал защиты на работу источника питания, приводит к его длительной блокировке. Возобновление нормальной работы может произойти только после отключения преобразователя от первичной сети и при повторном включении.

Рассмотрим, во-первых, режим работы источника питания с точки зрения функционирования элементов защиты, во-вторых, все каскады, которые инициируют запуск механизма включения блокировки источника питания, и, в-третьих, условия, при которых они начинают действовать.

При подключении преобразователя напряжения к первичной питающей сети безусловным является только запуск автогенераторного каскада. На другие первичные цепи сначала подается только выпрямленное сетевое напряжение. От вторичной цепи автогенераторного каскада положительное напряжение питания IC1 поступает на вывод IC1/12. На выходе IC1/14 формируется постоянное стабилизированное напряжение с номинальным значением +5 В. Этот вывод в схеме (см. рис. 2.2) соединен с выводами IC1/13,15 микросхемы TL494 и эмиттерами транзисторов Q1 и Q5. Коллектор транзистора Q5 непосредственно, а коллектор транзистора Q1 через диод D10 подключены по схеме монтажного ИЛИ к выводу IC1/4 микросхемы ШИМ регулятора. К выводу IC1/4 подсоединен неинвертирующий вход внутреннего компаратора DA1 (по рис. 2.7). Выходной сигнал DA1 зависит от соотношения подаваемых на его входы напряжений. На инвертирующий вход DA1 поступает пилообразное напряжение. Пока на микросхему IC1 подается постоянное положительное напряжение с уровнем не ниже +7 В, его формирование происходит непрерывно. Амплитуда пилообразного сигнала ~3 В. Если на неинвертирующий вход DA1 поступит положительное напряжение по уровню, превышающее амплитуду «пилы», то на его выходе установится постоянное высокое напряжение, которое передается на вход элемента DD1. Элемент DD1 блокируется этим уровнем, а значит на его выходе будет поддерживается постоянный высокий уровень независимо от состояния второго его входа. Следовательно, импульсный сигнал отключится от триггера DD2 и на базах транзисторов VT1 и VT2 будет напряжение низкого логического уровня. Формирование ШИМ выходного сигнала будет приостановлено. Транзисторы промежуточного усилителя Q8 и Q7 «замрут» в открытом состоянии. Передача импульсного сигнала в базовые цепи Q9 и Q10 прекратится. Остановится процесс ВЧ преобразования и подача энергии во вторичные цепи. В такой последовательности будет развиваться процесс остановки работы всего источника питания, если хотя бы один из транзисторов Q1 или Q5 будет находиться в открытом состоянии. Через любой из этих открытых транзисторов на вывод IC1/4 будет подаваться напряжение высокого логического уровня, превышающее амплитудное значение пилообразного напряжения на IC1/5 (и соответственно на инвертирующем входе компаратора DA1).