Блок живлення для
комп'ютера, потужністю 350Вт, форм-фактор АТХ
Дипломна робота.
Київський політехнічний інститут (КПІ)
Радіотехнічний факультет
Київ 2005
Вступ.
Сучасні ринково
економічні відносини вимагають якісну і надійну продукцію, а також швидке та
якісне надання послуг. Низька вартість обумовлюють конкурентоспроможність
товару та послуг. Реалізувати це не можливо без автоматизації усіх сфер діяльності
суспільства. Універсальним інструментом для автоматизації в наш час став
персональний комп'ютер (ПК). Якщо проаналізувати, то можна побачити що комп'ютер
на сучасному етапі застосовується майже всюди: в медицині для точної
діагностики з малим відсотком помилки, в виробництві для швидкого проектування,
аналізу, моделюванню і безпосередньо при виготовленні (верстати з ЧПК) деталі, в
сільському господарстві, в дослідницьких цілях, в масових електронних платежах,
в сфері розваг (ігрові автомати). Варто відмітити що сучасний комп'ютер уявляє
собою складний радіоелектронний засіб, в якому реалізовані всі досягнення науки
в сфері технологій і інженерії. Намагання збільшити швидкодію цього засобу
змушує розробників зменшувати рівні сигналів, застосовувати технології яки є
чутливими до зовнішнього впливу, що дуже сильно позначається на надійній роботі
приладу. Це в свою чергу обумовлює жорстку вимогу до джерела живлення, до його
стабільності.
В разі
нестабільності напруги живлення комп'ютеру найчастіше це приводить до таких
наслідків як:
- виходу за
ладу головної плати;
- виходу з ладу
ОЗП;
- механічного
руйнування жорсткого диску (накопичувача);
- зрив при
запису CD/CD-RW;
- раптове
перезавантаження операційної системи;
Таке
нестабільне функціювання приладу, коли він є ключовим елементом в системі
приводить до падіння загальної результативності системи.
Такий стан
праці персональних комп'ютерів в Україні є дуже поширеним. Причиною - є
використання не якісних джерел живлення. Високоякісні джерела живлення для ПК мають
велику вартість, тому враховуючи споживацький рівень в Україну ввозяться в дуже
незначної кількості.
Після
проведених мною досліджень, було з'ясовано що в Україні можливе виробництво
високоякісного джерела живлення для ПК, за ціною яка буде доступна середньому
споживачу. Тому метою дипломної роботи є розробка БЖ форм фактору АТХ який в
повній мірі відповідає вимогам яки висуває стандарт створений корпорацією
INTEL, має високі показники надійності і малу собівартість порівняно з його
аналогами.
1 Розробка
технічного завдання.
1.1
Найменування та область застосування.
1.1.1
Найменування: Блок живлення комп'ютеру форм фактору АТХ (12V).
1.1.2 Область
застосування: системні модулі типу IBM PC-XT/AT.
1.2 Мета та
призначення розробки.
1.2.1 Метою
розробки є створення комп'ютерного блоку живлення форм фактору АТХ (12V).
1.2.2
Призначення розробки - створення функціонально закінченого пристрою який
забезпечує стабільність вихідної напруги при зміні в широких межах вхідної
напруги, вхідного струму і робочої температури.
1.2.3 Розробка
призначена для крупно серійного виробництва.
1.3 Джерело
розробки.
1.3.1 Джерелом
розробки є схема електрична принципова блоку живлення комп'ютеру який сумісний
з головною платою виготовленою згідно специфікації ATX версії 2.03.
1.4 Технічні
вимоги.
1.4.1 Склад
виробу та вимоги до конструктивного оформлення.
1.4.1.1 Виріб
має в своєму складі наступні частини:
- плата
фільтрації вхідної напруги;
- плата
перетворення напруги.
1.4.1.2
Габаритні розміри БЖ повинні бути, мм:
- довжина: 150;
- ширина: 140;
- висота: 86.
1.4.1.3 Маса
блоку повинна бути не більше 2 кг.
1.4.1.4
Конструктивне виконання повинне забезпечувати можливість кріплення блоку в
системних модулях типу IBM PC-XT/AT.
1.4.1.5
Конструкція БЖ повинна забезпечувати, можливість ремонту.
1.4.1.6
Електрична міцність ізоляції БЖ між струмоведучими колами, а також між
струмоведучими колами і корпусом в нормальних кліматичних умовах експлуатації
повинна забезпечувати відсутність пробоїв.
1.4.1.7
Стійкість до впливу температури та вологості оточуючого середовища: виріб
повинен відповідати кліматичному виконанню категорії УХЛ 4.2 ГОСТ15150-69.
1.4.1.8 Для
антикорозійного захисту поверхні деталей застосувати гальванічне покриття.
1.4.1.9 Корпус
БЖ повинен мати перфорацію, на деталях які формують корпус не повинно бути
задірок та пошкоджень (подряпин, вм'ятін, корозії).
1.4.1.10 Після
ремонтних робіт, виріб повинен зберігати показники яки вказані в цьому
документі.
1.4.1.11 Виріб
повинен експлуатуватися в приміщеннях 3 категорії (закрите приміщення з породної
циркуляцією повітря).
1.4.1.12 Виріб
по показникам завадостійкості та ліквідації завад яки впливають на роботу інших
виробів повинен відповідати ГОСТ 22505-83 і ГОСТ 23511-79.
1.4.2 Показники
призначення.
Вимоги до
мережі:
Мінімальне
значення, ~ В: 180;
Максимальне
значення, ~ В: 265;
Частота, Гц: 47
- 63;
Вимоги до
параметрів вихідних напруг і струму:
Вихід
Мінімальне
значення, В
номінальне
значення, В
Максимальне
значення, В
Мінімальне
значення струму, А
Максимальне
значення струму, А
1
+11.40
+12.00
+12.60
1
15
2
+4.75
+5.00
+5.25
0.3
21
3
+3.14
+3.30
+3.47
0.5
22
4
-10.80
-12.00
-13.20
0.0
0.3
5
-4.75
-5.00
-5.25
0.0
0.3
6 (VSB)
+4.75
+5.00
+5.25
-
-
Загальні
вимоги:
Загальна
вихідна потужність, Вт: 350;
Загальний ККД,
%: 75;
викид струму
при вміканні не більше, А: 80;
Температурний
дрейф рівня вихідних напруг для каналу +5 В, при навантажені всіх каналів на
50%, 
: 0.02;
Температурний
дрейф рівня вихідних напруг для всіх інших каналів, при навантажені всіх
каналів на 50%, : 0.05;
При зміні
напруги мережі від 180В до 264 вихідні напруги всіх каналів змінюються на ± 0.5%
при 50% навантаженні всіх каналів;
Затримка
з'явлення сигналу дозволу PG (Power Goodness) високого рівня при вміканні,
мл.сек.: 100 - 200
1.4.3 Вимоги до
надійності.
1.4.3.1 Виріб
по забезпеченню надійності повинен задовольняти вимогам ГОСТ 27.003-90.
1.4.3.2 Середня
відпрацювання на відмову, год.: ... ... .. не менше 27000;
1.4.3.3
Ймовірність безвідмовної роботи: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 0.75;
1.4.3.4
Середній час відновлення, рік.: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 0.5;
1.4.3.5 Виріб
повинен витримувати вплив зовнішніх механічних та кліматичних факторів згідно з
ГОСТ 11478-88.
1.4.4 Вимоги до
технологічності та метрологічному забезпеченню розробки, виробництва і
експлуатації.
1.4.4.1
Параметри БЖ повинні контролюватися за допомогою стандартних вимірювальних
приладів обслуговуючим персоналом середнього рівня кваліфікації.
1.4.4.2 Вимоги
до технологічності повинні відповідати до
ГОСТ 14.201-83.
1.4.4.3
Конструкція виробу повинна забезпечувати можливість виконання монтажних робіт з
дотриманням вимог технічного завдання на встановлення та пайку комплектуючих
виробів.
1.4.4.4
Конструкція виробу в цілому та окремих складних вузлів повинна забезпечувати
зборка при виготовленні без створення і застосування спеціального обладнання.
1.4.4.5
Працезатраті при виготовленні приладу, год.: ... ... .... ... Не більше 3.
1.4.4.6
Конструкція блоку повинна відповідати вимогам ремонтопридатності згідно
Р50-84-88.
1.4.5 Вимоги до
рівня уніфікації та стандартизації.
1.4.5.1 У
якості комплектуючих одиниць та деталей (комунікаційні вироби електроніки,
деталі кріплення, деталі встановлення) повинні використовуватись серійні
вироби.
1.4.5.2 Монтажні
плати, панелі, вузли кріплення та установки повинні бути уніфіковані.
1.4.5.3
Коефіцієнт уніфікації стандартних та запозичених деталей повинен бути не менше
0.1.
1.4.6 Вимоги до
безпеки при обслуговуванні по охороні навколишнього середовища.
1.4.6.1
Конструкція БЖ повинна забезпечити безпеку персоналу при експлуатації виробу.
Загальні вимоги до електричної та механічної безпеки згідно до ГОСТ
12.2.007.0-75.
1.4.6.2 За
принципом захисту людини від ураження електричним струмом блок повинен бути виготовлений
відповідно до ГОСТ 12.2.007.0-75, клас захисту - 1.
1.4.6.3 Міри
захисту від ураження електричним струмом повинні відповідати ГОСТ 12.2.007.0-75.
1.4.6.4
Загальні вимоги по забезпеченню пожежної безпеки в приміщеннях згідно до ГОСТ
12.1.004-85.
1.4.6.5
Конструкція приладу повинна виключати можливість невірного приєднання його струмоведучих
частин.
1.4.6.6 У
якості основного джерела живлення повинна виступати промислова мережа змінного
струму частотою 50 Гц та напругою 220В, в якості альтернативного джерела
живлення - джерело безперебійного живлення, з часом автономної роботи не менше
20 хв.
1.4.6.7 Штекер
та рознімач електричних кіл повинні мати написи, які відповідають їх
призначенню.
1.4.6.8
Конструкція приладу повинна виключати можливість попадання в корпус сторонніх
речей.
1.4.6.9 У
документації по експлуатації та вимогам по техніки безпеки повинні бути
дотримані правила технічної експлуатації електромонтаж користувачем, та
правила безпеки при експлуатації.
1.4.7 Естетичні
та Ергономічні вимоги.
1.4.7.1 Виріб
по своїм ергономічнім показникам повинен забезпечувати зручність при монтажі і
експлуатуванні.
1.4.8 Вимоги до
патентної чистоти.
1.4.8.1
Патентна чистота повинна бути забезпечена.
1.4.9 Вимоги до
складових частин виробу: сировини, вихідним та експлуатаційним матеріалам.
1.4.9.1 покупні
вироби і матеріали застосовуються без обмежень.
1.4.10 Умови
експлуатації (використання), вимоги до технічного обслуговування та ремонту.
1.4.10.1 Виріб
повинен бути виготовлений для кліматичного виконання УХЛ4.2. згідно ГОСТ
15150-69.
Значення
температури повітря при експлуатуванні, С0:
Робочі:
верхнє значення
35;
нижнє значення +10;
середнє
значення 20.
Граничні:
верхнє значення
45;
нижнє значення +10.
Відносна
вологість:
Середнє
значення в найбільш теплий та вологій період та тривалість дії.
65% при 20 С0
тривалість дії 12 місяців;
Верхнє значення
85% при 25 С0.
Атмосферний
тиск:
атмосферний
тиск 84.0 ... 106.7 кПа. (630 - 800 мм рт.ст.)
1.4.11 Вимоги
до маркування та упаковки.
1.4.11.1
Маркування виробу повинно відповідати вимогам
ГОСТ 21552-84.
1.4.11.2
Маркування на корпусі виконати методом тиснення. Якість виконаного маркування
повинна забезпечувати чітке зображення на весь термін служби виробу.
1.4.11.3 У
змісті маркування виробу повинно бути:
найменування
підприємства виробника або товарний знак;
повне товарне
найменування згідно ГОСТ 21552-84;
порядковий
номер виробу і складових частин;
пояснюючи та
попереджальні написи;
дата
виготовлення.
1.4.11.4
Упаковка повинна бути виконана у вигляді картонної коробки.
1.4.11.5 На
тарі повинні бути нанесені значки маніпуляцій: «Берегти від сірості»,
«Дотримуватись інтервалу температур».
1.4.11.6
Упаковка повинна забезпечити цілісність виробу при роботах по завантаженню - розвантаженню,
транспортуванню, зберіганню та потрібній захист при зовнішніх впливах.
1.4.11.7 Кожен
виріб в упаковці повинен фіксуватися в транспортній тарі.
1.4.11.8 Якщо
виріб буде експортуватись всі написи виконуються на домовленій мові, яка
оговорюється в договорі.
1.4.12 Вимоги
до транспортування та зберігання.
1.4.12.1
Упаковані вироби транспортуються виключно в закритому транспорті.
1.4.12.2 Вимоги
до виду транспорту не пред'являються.
1.4.12.3
Умовами для зберігання виробу в тарі повинні відповідати наступним вимогам:
температура
оточуючого середовища ± 50С0;
відносна
вологість повітря при +35 С0 98%;
середнє місячне
значення в найбільш теплий і вологій період та тривалість його впливу 80% при
27 С0 12 місяців.
Тип приміщення:
закрите або інше приміщення з природною вентиляцією без застосування штучного
регулювання кліматичних умов, де коливання температури і вологості повітря
значно менше, ніж на відкритому повітрі.
1.4.12.4
Розміщення і кріплення упакованих виробів в транспортних засобах повинно
забезпечити їх стійке положення, виключити можливість ударів.
1.4.12.5 У
приміщенні для зберігання виробу не повинно бути агресивних домішок (парів, луг,
кислот і т. ін.) яки викликають корозію.
1.4.12.6
Відстань між стінами, полом складу і виробом повинно бути не менше 100мм, а між
обігріваючімі пристроями не менше 0.5м.
1.5 Економічні
показники.
1.5.1
Очікуваний річний випуск до штук.
1.6 Стадії та
етапи розробки.
1.6.1 Технічна
пропозиція.
1.6.2Ескізній
проект.
1.6.3Технічній
проект.
1.7 Порядок
контролю та приймання.
1.7.1 Виріб
повинен бути перевірений і прийнятий відділом технічного контролю підприємства
виробника.
1.7.2 Для
приймання пред'являються наступні документи:
технічне
завдання;
комплект
конструкторської документації;
відомість
покупних виробів;
програма і
методика проведення випробувань;
експлуатаційні
документи;
методика
перевірки.
1.7.3 В разі не
відповідності основних параметрів блоку, його відправляють в ремонт. Після
ремонту проводять повторну перевірку і налагоджування блоку.
1.7.4 Всі
перевірки за винятком обумовлених, проводити в кліматичних умовах які оговорені
в ТЗ.
2. Аналіз ТЗ.
Блок
живлення (БЖ) для системних модулів IBM PC XT/AT призначений для перетворення
вхідної змінної напруги мережі в вихідні постійні напруги, яки забезпечують
роботу всіх інших вузлів і блоків комп'ютеру.
БЖ для
комп'ютерів будуються за безтрансформаторного схемою під єднання до мережі і
являє собою імпульсні БЖ, яки характеризуються великим значенням ККД (більше
70%), незначною вагою та невеликими габаритами.
Маючи стільки
переваг, імпульсний БЖ є джерелом імпульсних завад і це пред'являє до його
схеми великі вимоги до електромагнітної сумісності з рештою схемою комп'ютеру,
а також з іншими побутовими електронними приладами. Окрім цього в без
трансформаторних ІБЖ немає гальванічної розв'язки частини схеми з мережею, що
вимагає спеціальних мір при його ремонті.
Велика частина
елементів ІБЖ працює зі струмом високої частоти (~ 60кГц), це приводить до
нагрівання елементів, тому є важливим забезпечення теплового режиму РЕЗ. До
елементів яки нагріваються відносяться: імпульсні силові транзистори в силовому
каскаді, імпульсний силовий трансформатор, імпульсні (Високочастотні) силові
діоди в вихідних колах, інтегральні стабілізатори напруги, дросель групової
стабілізації.
Враховуючи вище
вказані особливості ІБЖ комп'ютеру, а також вимоги ТЗ, треба прийняти рішення
по забезпеченню всіх норм.
Для
забезпечення електромагнітної сумісності електрична схема ІБЖ завжди
розміщується в металічному кожуха який служить електромагнітним екраном. Таке
оформлення є однією з мір по зниженню рівня утворення завад яки носять характер
випромінювання. Інша завада яка є небезпечною як для роботи комп'ютеру так і
для інших електричних приладів являє собою кондуктивна завада. Джерелом
кондуктівної завади може бути як зовнішній прилад так і сам ІБЖ. Зовнішнім
джерелом за звичай є апаратура дугової та контактної зварки, приводи
електродвигунів, медична апаратура і тк.ін. У ІБЖ джерелом кондуктівної завади
є режим роботи силових транзисторів інвертора, випрямляючим та комутуючіх
діодів. Для боротьби з кондуктивної завадою треба застосувати завада ліквідуючи
фільтри, та інші схемні засоби боротьби.
Для
забезпечення теплового режиму РЕЗ, елементи яки сильно нагріваються необхідно
обладнати радіаторамі, а елементи для яких неможливо застосування радіаторів
необхідно застосувати примусове охолодження.
В якості
примусового охолодження в системах забезпечення теплового режиму (СЗТР) в радіо
конструюванні широко застосовується вентилятори. Найбільш ефективною системою
охолодження при застосуванні вентиляторів є система примусового охолодження
повітрямшляхом продувки.
Застосування
вентиляторів має свої переваги і недоліки. До переваг можна віднести можливість
зменшити розміри радіаторів, а також штучно підтримувати температуру в корпусі
на заданому рівні. До недоліків шумовий фон який створю вентилятор при роботі.
Тому є дуже важливою проблема зниження рівня шуму.
Для примусового
охолодження застосовування звичайного вентилятори з двигуном колекторного типу
є неможливим, тому що він, по перше, є джерелом електромагнітних завад, а по
друге, вимагає систематичного ремонту, пов'язаного з механічним спрацювання
щіточок. Тому треба застосовувати вентільні двигуни виконані в без колекторного
варіанті.
Важливим
моментом при конструюванні друкованої плати БЖ, з погляду забезпечення
теплового режиму є оптимальне розміщення елементів виходячи з обмежень які
накладає схемотехніка ІБЖ. Тому при трасуванні плати і конструюванні кожуха ІБЖ
елементи яки віддають велику кількість потужності у вигляді тепла треба
розміщувати вздовж потоку повітря.
Для
забезпечення конструктивних мір технічної безпеки, треба застосувати три
штірковій стандартний вхід (виделка) для подачі напруги мережі за допомогою три
провідникового шнуру з три контактною розеткою на ІБЖ і двох штіркової виделки
на конці, яку вмикають до мережі (виделка має третій контакт який дозволяє
здійснити захисне занулення). На отвори під установку вентилятора встановити
захисні сітки, яки запобігалі попаданню сторонніх речей в середину ІБЖ. Для
захисту провідників від ушкодження ізоляції треба застосувати захисне
пластикове кільце.
Для
забезпечення високого рівня надійності, якості, мінімальної собівартості та
ремонтопридатності треба застосувати нову елементна базу та матеріали яки
широко представлені на ринку України.
3 Опис схеми
електричної принципової.
розроблювальних
ІБЖ побудований на мікросхемі TL494. Схема технічні варіанти побудови ІБЖ на
основі керуючою мікросхеми TL494 відрізняються незначно. В усіх таких ІБЖ
незмінними залишаються:
спосіб побудови
силового каскаду (двохтактна підлозі Мостова схема);
керуюча
мікросхема з деякими навіснімі елементами;
узгоджувальних
каскад з розв'язуючи і керуючим трансформатором;
спосіб
отримання вихідних напруг і їх стабілізація.
Важливим є і та
обставина, що у всіх таких ІБЖ незміною залишається і загальна архітектура
побудови всієї схеми ІБЖ в цілому. Цей базовий принцип полягає у тому, що на
первинній гальванічне НЕ розв'язаної від мережі стороні, розміщується тільки
силовий каскад (потужна полу Мостова схема інвертору), а уся інша частина схеми,
в тому числі і керуюча мікросхема TL494, знаходяться на вторинній стороні, яка
гальванічне розв'язана від мережі. Границя розв'язки проходить крізь розв'язуючи
трансформатори:
керуючий;
силовий
імпульсний.
3.1 Вхідні
кола.
Ця частина
схеми практично не відрізняється для всіх різновидів ІБЖ і включає в себе
наступні основні елементи:
вхідний
стандартний трьохштірковій розмікач;
плавкий
запобіжник;
обмежуючи
терморезистор;
вхідний
завадаліквідуючій фільтр;
схему
випрямленого напруги мережі;
згладжуючого
ємнісній фільтр.
Змінна напруга
мережі подається через вимикач мережі крізь запобіжник (номіналу 5А),
терморезистор (TR) з негативним температурним коефіцієнтом опору (ТКО) і
завадаліквідуючій фільтр на бруківку схему випрямляча. Віпрямлена напруга мережі
згладжується конденсаторами С5, С6. На шіні випрямленої напруги з'являється
постійна напруга +310 В відносно загального проводу первинної сторони.
Терморезистор
призначений для обмеження стрибка зарядного струму крізь конденсатори в момент
вмикання ІБЖ. В холодному стані опор TR складає декілька Ом, струм крізь
діодній міст обмежується на безпечному для їх рівня. В результаті протікання
струму крізь TR він нагрівається і його опір складає долі ома що в подальшому
не впливає на роботу ІБЖ.
Мережевий
плавкий запобіжник призначений для захисту мережі від перевантажень при
можливих КЗ в первинному колі ІБЖ, і не захищає схему самого ІБЖ від внутрішніх
перевантажень і КЗ.
Вхідний завадаліквідуючій
фільтр має властивість ліквідації завад в двох напрямках, тобто запобігає
проникненню високочастотних імпульсних завад з мережі в ІБЖ, і навпаки - з ІБЖ в
мережу.
Паралельно
конденсаторам С5, С6 включені вісокоомні опори R2, R3 номіналом 200 кОм, крізь
яки С5, С6 розряджаються при віміканні ІБЖ. Окрім цього ці опори вирівнюють
напругу на С5, С6 (для симетрії роботи схеми).
3.2 Силовий
каскад.
Силовий каскад
побудований по двохтактній полумостовій схемі. Транзистори VT1, VT2 - ключеві
силові транзистори яки при роботі БЖ відмікаються по черзі. Керуюча напруга яка
подається на бази цих транзисторів побудована таким чином, що завжди була
"Мертва зона", коли обидва транзисторів закриті. Цим попереджаються скрізні
струми крізь транзистори VT1, VT2.
Електрорушійна
сила (ЕРС) на вторинних обмотках керуючого трансформатора в перший момент після
вмикання ще відсутня. Тому, щоб нізькоомній опір обмоток не шунтував керуючи
переходи база-емітер силових ключей, доводиться вмикати розв'язуючи діоди VD5,
VD6.
Діоди VD7, VD8
призначені для створення шляху протікання струму рекуперації (часткове
повернення енергії яка була накопичена в індуктівності розсіювання
трансформатора в джерело живлення), який замикається по колу: T1-C7-C6-VD8-T1 для
діода VD8 і T1-C7-C5-VD7-T1 для діода VD7.
Коло з
елементів C10, R10 ввімкнена паралельно первинній обмотці імпульсного силового
трансформатора, демпфірує паразітні Високочастотні коливання, яки виникають в
паразитного коливальному контурі, котрий складається з індуктівності
розсіювання первинної обмотки Т1 і міжвіткової ємності, в момент закривання
транзисторів VT1, VT2. При цьому C10 збільшує загальну ємність паразитного
кола, зніжає таким чином частоту паразитного коливального процесу. R9 зніжає добротність
цього контуру, що сприяє швидкому затухання коливань.
Конденсатор C7,
запобігає протіканню можливій постійній складової струму крізь первинну обмотку
імпульсного високочастотного трансформатора. Тому є елементом який запобігає
підмагнічуванню осердя.
Конденсатори
C8, C9 виконують функцію форсуючіх ємностей і прискорюють процес перемикання
силового транзистору. Це відбувається наступним чином. При появі відчиняю чого
імпульсу на обмотці розрядженій конденсатор С8 забезпечує подачу в базу VT1
вхідного відпіраю чого струму з крутим фронтом, який перевищує його встановлене
значення. Тому початковий імпульс крізь С8, забезпечує прискорене відпірання
VT1. Коли С8 зарядитися до рівня ЕРС, яка діє на обмотці керуючого
трансформатора, струм крізь нього перестане протікати, і в подальшому базовий
струм VT1 замкнеться крізь VD5, R4, R8. При зніканні ЕРС на обмотці керуючого
трансформатора напруга з конденсатора С8 прикладається до емітерного переходу
транзистора VT1 в зачіняючей полярності і, форсована зачиняє останній, надійно
підтримує його в зачиненому стані до кінця "мертвої зони". Аналогічно для
конденсатора С9.
3.3 Вихідні
кола.
Спосіб
отримання вихідних напруг однаковий майже в усіх каналах. Цей спосіб полягає в
віпрямленні та згладжуванні імпульсних ЕРС з вторинних обмоток імпульсного
силового трансформатора. При цьому випрямленого у всіх двохтактніх схемах
здійснюється по двохполуперіодній схемі з середньою точкою. Цим забезпечується
симетричний режим перемагнічування осердя імпульсного трансформатора, так як
крізь вторинні обмотки протікає тільки змінний струм і, відповідно, відсутнє
примушення підмагнічування осердя, яке неминуче в однополуперіодніх схемах
випрямленого, де струм протікає крізь вторинну обмотку трансформатора тільки в
одному напрямку.
Так як всі
канали реалізовані приблизно однаково, достатньо буде розглянути і описати
роботу одного каналу (+12 В).
Коли крізь
первинну обмотку 1-2 силового трансформатораТ1 протікає лінійно наростаючий
струм на вторинній обмотці 3-4 діє ЕРС постійного рівня. Полярність ЕРС така що
на виводі 3 присутній позитивний потенціал ЕРС відносно корпусу. На виводі 4
цей потенціал буде негативний. Тому протікає лінійно наростаючий струм по колу:
3 T1-верхній діод в діодной збірці VD9 - обмотка W1 дросель групової стабілізації
L5 - дросель L6 - конденсатор С12 - корпус 7 Т1.
Нижній діод
збірки на цьому інтервалі зачинений негативною напругою на аноді, і струм крізь
нього не протікає.
Окрім
підзарядки конденсатора С12 відбувається передача енергії на вихід каналу
(підтримується струм навантаження). На цьому ж інтервалі часу в осерді
дроселів L5 і L6, накопичується магнітна енергія.
Далі струм
крізь первинну обмотку силового трансформатора припиняється як результат
закривання силового транзистору. ЕРС на вторинних обмотках зникає. Триває
"Мертва зона". На цьому інтервалі енергія, збережена в дроселя L5, L6
передається в конденсатор С12 і в навантаження.
Цей струм
лінійно спадаючи в часі. Далі відкривається другій силовий транзистор і крізь
первинну обмотку Т1 починає протікати лінійно наростаючий струм зворотного
напрямку. Тому полярність ЕРС на вторинних обмотках буде зворотною: на виводі 4
позитивний на виводі 3 негативний відносно корпусу. Тому на цьому інтервалі
провідником буде нижній діод в діодній збірці VD9, а верхній її діод буде
закритим. Струм крізь обмотку W1, L5 і L6 знову буде лінійно наростаючим і підзарядіть
конденсатор С12, а також буде підтримувати струм у навантаженні. Резистор R12
призначений для швидкого розрядження конденсатора C12 і інших допоміжних
ємностей після вимикання ІБЖ для приведення всієї схеми БЖ в первинний стан.
Реалізація
каналу в +3.3 В дещо відрізняється від реалізації інших каналів. Для отримання
напруги в +3.3 В використана обмотка на 5В, напруга з якої перетворюється на
мікросхемі TL431C з навіснімі елементами: R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23,
VD14, C17, C18, VT3.
3.4
Стабілізація вихідних напруг ІБЖ.
Схема
стабілізації вихідних напруг в ІБЖ уявляє собою замкнуту петлю автоматичного
регулювання. Ця петля включає в себе:
схему керування;
узгоджувальних
предпідсілюючій каскад;
керуючий
трансформатор;
силовий каскад;
силовий
імпульсний трансформатор;
випрямляючим
блок;
дросель
міжканального зв'язку;
блок фільтрів;
дільнік напруги
зворотного зв'язку;
дільнік опорної
напруги.
В складі схеми
керування є наступні функціональні вузли:
- підсилювач
сигналу раз узгодження з колом корекції;
- ШІМ --
компаратор;
- генератор
пілкоподібної напруги;
- джерело
опорної стабілізованої напруги.
В процесі
роботи підсилювач сигналу разузгодження порівнює вхідний сигнал дільніка
напруги з опорною напругою дільніка підсилений сигнал разузгодження поступає на
широтно-імпульсний модулятор який керує прікінцевім каскадом підсилювача
потужності, який, в свою чергу, подає модульований керуючий сигнал на силовий
каскад перетворювача через керуючий трансформатор Т2. Живлення силового
трансформатора здійснюється по без трансформаторній схемі. Змінна напруга
мережі віпрямляється сітьовім випрямляча і подається на силовий каскад, де
згладжується конденсаторами ємнісної стоїкі. Частина вихідної напруги
стабілізатора порівнюється с постійною опорною напругою і потім здійснюється
підсилення отриманої різниці (сигналу разузгодження) з введенням відповідної
компенсації. Широтно - імпульсний модулятор перетворює аналоговий сигнал
керування в широтно - модульований сигнал з змінним коефіцієнтом заповнення
імпульсу.
Схема
модулятора здійснює порівняння сигналу, який поступає з виходу підсилювача
сигналу разузгодження з пілкоподібною напругою, яку отримують з спеціального
генератора.
Динаміка
процесу стабілізації наступна.
Хай під дією
будь якого дестабілізуючого фактору вихідна напруга в каналі +5 В зменшилась.
Тоді зменшиться рівень сигналу зворотного зв'язку на неінвертуючій вхід
підсилювача помилки. Відповідно, вихідна напруга підсилювача зменшиться. Тому
збільшиться ширина вихідних імпульсів мікросхеми на виводу 8 і 11. Тобто
збільшиться час відкритого стану за період силових ключових транзисторів
інвертора. Відповідно, більше ніж раніше, частину періоду в осерді трансформатора
буде існувати наростаючий магнітний потік, а значить, довше, чим раніше, на
вторинних обмотках цього трансформатора будуть діяти наведені цим потоком ЕРС.
Тому збільшується постійна складова, яка виділяється згладжуючого фільтром з
імпульсної послідовності після випрямленого, тобто вихідна напруга каналу +5 В
збільшиться, повертаючись до номінального значення.
При збільшенні
вихідної напруги +5 В процес будуть зворотнім.
Стабілізація
вихідних напруг інших каналів здійснюється шляхом групової стабілізації. Для
цього в схему блоку вмикається спеціальний елемент між канального зв'язку, в
якості якого зазвичай використовують багатообмоточній дросель.
При цьому зміна
будь якої вихідної напруги приводить завдяки електромагнітного зв'язку між
обмотками дроселя групової стабілізації до відповідній зміні вихідної напруги
+5 В с послідуючим вмикання механізму ШІМ. Дросель групової стабілізації уявляє
собою п'ять обмоток (по одній обмотці в кожному вихідному каналі БЖ), намотаний
на одне феритових осердя і яки ввімкнені синфазно. В цьому випадку дросель в
схемі виконує дві функції:
функцію
згладжування пульсацій випрямленої напруги - при цьому кожна обмотка для свого
каналу уявляє згладжу вальний дросель фільтру і працює як звичайний дросель;
функцію між
канального зв'язку при груповій стабілізації - при цьому завдяки
електромагнітному зв'язку крізь осердя дросель працює як трансформатор, який
передає зміну величини зміни струмів, яки протікають крізь обмотки каналів
12 В,-12В,-5В, +3.3 В в обмотку +5 В.
Така побудова
гарантує забезпечення стійкої роботи ІБЖ, що є необхідною умовою його
нормального функціювання.
3.5 Схема
виробки сигналу PG (Power Good).
Наявність
сигналу PG є обов'язковим для будь якого блоку живлення, який відповідає
стандарту IBM.
Схема виробки
сигналу PG має дві функції:
перша функція --
це затримка появи сигналу PG високого рівня при вміканні ІБЖ, який дозволяє
запуск;
друга функція --
це функція упередженого переходу сигналу PG в неактивний низький рівень, який
забороняє роботу процесору при віміканні ІБЖ, а також у випадках вінікання
різноманітного роду аварійних обставинах, перш ніж почне зменшуватись напруга
яка живить цифрову частину системного модулю.
В якості
базового елементу при побудові схеми використана мікросхема типу LM393. Мікросхема
уявляє собою компаратор напруг.
Розрахунок на
працездатність схеми.
Робота
імпульсного джерела живлення дуже сильно залежить від того, на скільки точно
виконаний розрахунок трансформатора. Навіть невелике відхилення його параметрів
від оптимальних для конкретного джерела живлення може привести до зменшенню ККД
і погіршенню характеристик. Враховуючи важливість цього елементу схеми
розрахуємо його параметри.
Розрахунок.
1. Визначимо
потужність яку використовує трансформатор.
,
де 
- потужність
яку споживає навантаження (
).
2. Задам
габаритної потужністю 
, щоб
підібрати магнітне осердя для трансформатора. Магнітне осердя підбираємо
виходячи з умови що 
.
,
де 
- площа
перетину магнітного осердя;
- площа вікна
магнітного осердя;
- мінімальна
робоча частота (
);
- магнітна
індукція в магнітному осерді (
);
- коефіцієнт
заповнення вікна дротом (
);
Вибираємо із
довідника осердя М2000 НН.
3. Визначимо
напругу на первинній обмотці, яка для схеми з полумостовім інвертором складає
310В.
4. Визначимо
кількість витків первинної обмотки.
5. Знайдемо
максимальний струм первинної обмотки і діаметр проводу.
6. Визначимо
кількість витків вихідної обмотки і діаметр проводу.
4.Розробка
конструкції приладу.
Для розробки
моделей можливих конструкцій БЖ треба об'єктивно проаналізувати всі вихідні
данні, виділити серед них найбільш важливі яки мають найбільший вплив на
надійність та стабільність роботи блоку і виходячи з цих міркувань розробити
конструкції які в максимальній мірі задовольняють цім вимогам.
При розробці
конструкції БЖ на його форму певні обмеження накладає стандарт розроблений
фірмою IBM і яки є наступними:
висота: 86мм;
ширина: 140мм;
довжина: 150мм;
місце для
виводу провідників;
місце для
розмікача мережі;
місце для
вимикача.
Тому зменшення
габаритів, або зміна місця розміщення органів керування, входу/виходу блоку є
неможливим. Це в свою чергу накладає певні обмеження на оформлення друкованої
плати (ДП).
Відомо що ККД
радіоелементів не великий тому частина енергії виділяється в якості тепла яке
необхідно відводити з корпусу. Також варто відмітити що БЖ працює в складі
системного модулю і він мусить відводити нагріте повітря від центрального
процесору та інших елементів яки знаходяться в середині корпусу модуля. Ця
умова ставить важливу задачу по забезпеченню надійної роботи БЖ - забезпеченню
теплового режиму РЕЗ.
Враховуючи те
що ІБЖ є джерелом імпульсних завад, необхідно забезпечити електромагнітне
екранування схеми БЖ.
І самою
головною задачею на етапі конструювання для забезпечення конкурентоспроможності
виробу, є проблема досягнення низької собівартості розроблювальної конструкції,
при одночасному зберіганні всіх показників.
Виходячи з
вищевказаних вимог і міркувань можна скласти в порядку зменшення важливості
принципів яких треба дотримуватись при конструюванні комп'ютерного ІБЖ:
забезпечення
електричної безпеки при експлуатації;
забезпечення
теплового режиму;
забезпечення
електромагнітної сумісності;
забезпечення
низького рівня шуму;
забезпечення
технологічності;
забезпечення
ремонтопридатності;
забезпечення
низької собівартості.
розробимо три
варіан
