Блок живлення для
комп'ютера, потужністю 350Вт, форм-фактор АТХ
Дипломна робота.
Київський політехнічний інститут (КПІ)
Радіотехнічний факультет
Київ 2005
Вступ
Сучасні
ринкові економічні відносини вимагають якісну і надійну продукцію, а
також швидке та якісне надання послуг. Низька вартість
обумовлює конкурентоспроможність товару і 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, у виробництві, для швидкого проектування, аналізу, моделювання та
безпосередньо при виготовленні деталі, в сільському господарстві, у
дослідницьких цілях, в масових електронних платежах, в сфері розваг
(ігрові автомати). Варто відзначити, що сучасний комп'ютер являє
собою складний радіоелектронний засіб, в якому реалізовані всі досягнення
науки в сфері технологій і інженерії. Спроба збільшити швидкодію цього
засобу змушує розробників зменшувати рівні сигналів, застосовувати
технології, які є чутливими до зовнішнього впливу, що дуже
сильно позначається на надійній роботі приладу. Це в свою чергу обумовлює
жорстку вимогу до джерела живлення і до його стабільності.
У разі
нестабільності напруги живлення комп'ютера, це призводить до таких наслідків
як:
- вихід з
ладу головної материнської плати;
- виходу з
ладу оперативної пам'яті (ОЗП);
- порушення
цілісності інформації, що зберігається на жорсткому диску (накопичувачі);
- псування диска
(брак) при запису CD/CD-RW;
- раптова
перезавантаження операційної системи;
Таке
нестабільне функціонування приладу, коли він є ключовим елементом у
ПК, приводить до падіння загальної продуктивності і надійності роботи системи. І
Такі випадки роботи персональних комп'ютерів в Україні є дуже
поширеними. Причина - використання неякісних джерел живлення.
Високоякісні джерела живлення для ПК мають велику вартість, тому,
з огляду на споживчий рівень, в Україну ввозяться в обмеженій кількості
і для невеликого числа виробників (збирачів) ПК.
Після
проведених мною досліджень, було з'ясовано що в Україні можливо
виробництво високоякісного джерела живлення для ПК, за ціною яка
буде доступна середньому споживачу. Тому метою дипломної роботи є
розробка блоку харчування (далі БП) форм-фактора АТХ який в повній мірі
відповідає вимогам, які висуває стандарт створений корпорацією INTEL,
має високі показники надійності і малу собівартість.
1 Розробка
технічного завдання.
1.1
Найменування та область застосування.
1.1.1
Найменування: Блок живлення комп'ютера форм-фактора 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-фактора АТХ (12V).
1.2.2
Призначення розробки - створення функціонально закінченого пристрою, що
забезпечує стабільність вихідної напруги при зміні (у визначених 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'ютера, яка сумісна з материнською платою виготовленою згідно
специфікації ATX версії 2.03.
1.4 Технічні
вимоги.
1.4.1 Склад
вироби та вимоги до конструктивного оформлення.
1.4.1.1 Виріб
має у 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
БП 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 ланцюгами, а також між струмоведучими
ланцюгами 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 перфорації, на деталях, які формують корпус не повинно бути
задирок і пошкоджень (подряпин, вм'ятин, корозії).
1.4.1.10 Після
ремонтних робіт, виріб повинен зберігати показники, які вказані в цьому
документі.
1.4.1.11
Виріб повинен експлуатуватися в приміщеннях 3-ї категорії (закрите приміщення
з циркуляцією повітря).
1.4.1.12
Виріб за показниками завадостійкості та ліквідації перешкод, які впливають на
роботу інших виробів повинен відповідати ГОСТ 22505-83 та ГОСТ 23511-79.
1.4.2
Показники застосування:
Вимоги до
мережі:
Мінімальна
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;
Скачек струму при
включенні не більше, А: 80;
Температурний
дрейф рівня вихідних напруг для каналу +5 В, при навантаженні всіх каналів на
50%, 
: 0.02;
Температурний
дрейф рівня вихідних напруг для всіх інших каналів, при навантаженні 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
появи сигналу дозволу PG (Power Goodness) високого рівня при включенні,
мл. сек.: 100 - 200
1.4.3 Вимоги
до надійності.
1.4.3.1 Виріб
за ступенем надійності повинен задовольняти вимогам ГОСТ 27.003-90.
1.4.3.2 Середня
напрацювання на відмову, час .:............. не менше 27000;
1.4.3.3
Ймовірність безвідмовної роботи :................. 0.75;
1.4.3.4 Середнє
час відновлення, час .:............ 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 і метрологічного забезпечення розроблення,
виробництва та 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
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 вироби.
1.4.4.4
Конструкція виробу в цілому і окремих вузлів повинна задовольняти збірці без застосування
спеціального обладнання.
1.4.4.5 Трудомісткість
при виготовленні приладу, час .:..... 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 заімствуемих 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
вироби. Загальні вимоги до електричної та механічної безпеки згідно
ГОСТ 12.2.007.0-75.
1.4.6.2 У міру
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 Заходи
захисту від ураження електричним струмом повинні відповідати ГОСТ 12.2.007.0-75.
1.4.6.4 Загальні
вимоги щодо забезпечення пожежної безпеки в приміщеннях згідно ГОСТ
12.1.004-85.
1.4.6.5
Конструкція приладу повинна виключати можливість невірного приєднання його струмоведучих
частин.
1.4.6.6 У
як основного джерела живлення повинна виступати промислова мережа
змінного струму частотою 50 Гц і напругою 220В, в якості альтернативного
джерела живлення - джерело безперебійного живлення, з часом автономної
роботи не менше 20 хв.
1.4.6.7 штекера
і роз'єми електричних кіл повинні мати написи, які відповідають їх
призначенням.
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 електромонтажу, і правила безпечної
експлуатації.
1.4.7 Естетичні
і ергономічні вимоги.
1.4.7.1 Виріб
по своїм ергономічним показникам повинен забезпечувати зручність при монтажі і
експлуатації.
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
матеріалами.
1.4.9.1
Покупні вироби і матеріали застосовуються без обмежень.
1.4.10 Умови
експлуатації (використання), вимоги до технічного обслуговування і ремонту.
1.4.10.1
Виріб повинен бути виготовлений для кліматичного умови УХЛ4.2. згідно
ГОСТ 15150-69.
Значення температури
повітря при експлуатації:
Робочі:
верхнє
значення +35;
нижнє значення
10;
середнє
значення 20.
Граничні:
верхнє
значення +45;
нижнє значення
10.
Відносна
вологість:
Середнє
значення в найбільш теплий і вологій період, тривалість дії.
65% при 20 С °
тривалість дії 12 місяців;
Верхнє
значення 85% при 25 С °.
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 виконаної
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;
пояснювальні і
попереджувальні 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: «Берегти від сирості», «Дотримуватись інтервалу
температур ».
1.4.11.6
Упаковка повинна забезпечити цілісність виробу при роботах по завантаженню --
розвантаження, транспортування, збереження та захист при зовнішніх впливах.
1.4.11.7 Кожне
виріб в упаковці повинен фіксуватися в транспортувальне тарі.
1.4.11.8 Якщо
виріб буде експортуватися, всі написи виконуються на домовленому мовою,
який обумовлюється в договорі.
1.4.12
Вимоги до транспортування та збереження.
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
Умови збереження виробу в тарі повинні відповідати наступним вимогам:
температура
навколишнього середовища ± 50С °;
відносна
вологість повітря при 35 ° С 98%;
середньомісячне значення
в найбільш теплий і вологій період, тривалість впливу 80% при 27 ° С 12
місяців.
Тип приміщення:
закрите або інше приміщення з природною вентиляцією без застосування
штучної 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 падінь та ударів.
1.4.12.5 У
приміщенні для зберігання виробу не повинно бути агресивних домішок (пара,
луги, кислот і т.д.) які викликають корозію.
1.4.12.6
Відстань між стінами, підлогою і виробом повинно бути не менше 100мм, а між
обігріваючих пристроями не менше 0.5м.
1.5
Економічні показники.
1.5.1 Очікуваний
річний випуск штук.
1.6 Стадії та
етапи розробки.
1.6.1
Технічне пропозицію.
1.6.2 Ескізний
проект.
1.6.3 Технічний
проект.
1.7 Порядок
контролю та прийому.
1.7.1 Виріб
повинно бути підтверджено та прийнято відділом технічного контролю підприємства
виробника.
1.7.2 Для прийому
пред'являються наступні документи:
технічне
завдання;
комплект
конструкторської документації;
відомість
покупних виробів;
програма і
методика проведення випробувань;
експлуатаційні
документи;
методика
перевірки.
1.7.3 У разі
невідповідності основних параметрів блоку, його відправляють в ремонт. Після
ремонту проводять повторну перевірку та налагодження.
1.7.4 Всі
перевірки за винятком обумовлених, проводити в кліматичних умовах які
обумовлені в ТЗ.
2. Аналіз ТЗ.
Блок живлення
(БП) системних модулів IBM PC XT/AT призначений для перетворення вхідного
змінної напруги мережі в вихідні постійні напруги, які
забезпечують роботу всіх інших вузлів і блоків комп'ютера.
БП для
комп'ютерів конструюються по безтрансформаторного схемі підключення до мережі, і
являє собою імпульсні БЖ, які характеризуються великим значенням ККД
(більше 70%), незначною вагою та невеликими габаритами.
Маючи стільки
переваг, імпульсний БЖ є джерелом імпульсних перешкод і це
пред'являє до його схемою багато вимог з електромагнітної сумісності з
іншими вузлами комп'ютера, а також з іншими електронними приладами. Крім
цього в безтрансформаторного ИБП немає гальванічної розв'язки схеми з мережею, що
вимагає спеціальних мір при його ремонті.
Більша частина
елементів ДБЖ працює зі струмом високої частоти (~ 60кГц), це призводить до
нагрівання елементів, тому є важливим забезпечення теплового режиму. До
елементів, які нагріваються, відносяться: імпульсні транзистори в силовому
каскаді, імпульсний силовий трансформатор, імпульсні (високочастотні) силові
діоди в вихідних колах, інтегральні стабілізатори напруги, дросель
групової стабілізації.
З огляду на вище
вказані особливості ИБП комп'ютера, а також вимоги ТЗ, треба прийняти
рішення по забезпеченню всіх норм.
Для забезпечення
електромагнітної сумісності електрична схема ИБП завжди розміщується в
металевому корпусі, який служить електромагнітним екраном. Таке
оформлення БП є одним із заходів зі зниження рівня освіти перешкод.
Інша перешкода, яка є небезпечною як для роботи комп'ютера, так і для
інших електричних приладів являє собою кондуктивна перешкода.
Джерелом кондуктивної перешкоди може бути як будь-який зовнішній прилад (пристрій)
так і сам ДБЖ. Часто зовнішнім джерелом є апаратура електричної
зварювання, електродвигуни, медична апаратура і тк.д. У ИБП джерелом кондуктивної
завади є режим роботи силових транзисторів - інвертування,
випрямляючих і комутуючих діодів. Для бо?? ьби з кондуктивної перешкодою потрібно
застосувати помехоустраняющіе фільтри, і інші схемотехнічні засоби боротьби.
Для забезпечення
теплового режиму, елементи, які сильно нагріваються необхідно обладнати
радіаторами, а до елементів, для яких неможливо застосування радіаторів,
необхідно застосувати примусове охолодження.
Як
примусового охолодження в системах забезпечення теплового режиму (співроб) в
радіо-конструюванні широко застосовуються вентилятори. Найбільш ефективною
системою охолодження при застосуванні вентиляторів є система
примусового охолодження повітрям шляхом 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,
що створює вентилятор при роботі. Тому має місце проблема зниження
рівня шуму вироби.
Для примусового
охолодження застосування вентиляторів з двигуном колекторного типу є
неможливими, тому що він, по-перше, є джерелом електромагнітних
перешкод, по-друге, вимагає систематичного ремонту, пов'язаного з механічним
зношуванням щіточок. Тому потрібно застосовувати вентилятори, виконані в
безколекторном варіанті.
Важливим моментом
при конструюванні друкованої плати БЖ, з погляду забезпечення теплового
режиму є оптимальне розміщення елементів виходячи з обмежень, які
накладає схемотехніка ДБЖ. Тому при трасуванні плати і конструюванні корпусу
ИБП, елементи, які віддають велику кількість потужності у вигляді тепла, потрібно
розміщувати вздовж потоку повітря.
Для забезпечення
конструктивних заходів технічної безпеки, треба застосувати три-штирьовий стандартний
вхід (виделка) для подачі напруги мережі за допомогою трижильним шнура з трьох -
контактною розеткою на ИБП і двох штирові вилку на кінці, яку містять у
мережа (вилка має третій контакт який дозволяє здійснити захисне
занулення). На отвори під установку вентилятора встановити захисні сітки, які
запобігають попаданню сторонніх предметів в середину ДБЖ. Для захисту
провідників від ушкодження ізоляції треба застосувати захисне пластикове
кільце.
Для забезпечення
високого рівня надійності, якості, мінімальної собівартості та ремонтноспособності
потрібно застосувати нову елементну базу та матеріали, які широко поширені
на ринку України.
3 Опис
схеми електричної принципової.
Розроблювальний
ИБП побудований на мікросхемі TL494. Схемотехнічні варіанти побудови ДБЖ на
основі керуючою мікросхеми TL494 відрізняються незначно. У таких ИБП
незмінними залишаються:
- спосіб
побудови силового каскаду (двотактних полумостовая схема);
- керуюча
мікросхема з деякими навісними елементами;
- погоджує каскад
з розв'язували і керуючим трансформатором;
- спосіб
отримання вихідних напруг і їх стабілізація.
Важливим є
і та обставина, що у всіх таких ИБП незмінним залишається і загальна
архітектура побудови всієї схеми ДБЖ в цілому. Цей базовий принцип полягає
в тому, що на первинній, гальванічно не розв'язав від мережі стороні,
розміщується тільки силовий каскад (потужна полумостовая схема інвертування), а
вся інша частина схеми, в тому числі і керуюча мікросхема TL494, знаходиться
на вторинній стороні, яка гальванічно розв'язана від мережі. Кордон розв'язки
проходить через розв'язують трансформатори:
- керуючий;
- силовий
імпульсний.
3.1 Вхідні
ланцюга.
Ця частина схеми
практично не відрізняється для всіх різновидів ИБП і включає в себе
наступні основні елементи:
- вхідний
стандартний трехштирьковий роз'єм;
- плавки
запобіжник;
- обмежує
терморезистор;
- вхідний помехопоглощающій
фільтр;
- схему
випрямлення напруги мережі;
- згладжує
ємнісний фільтр.
Перемінна
напруга мережі подається через вимикач мережі, запобіжник (номіналом 5А),
терморезистор (TR) з негативним температурним коефіцієнтом опору (ТКС)
і помехопоглощающій фільтр на бруківку схему випрямляча. Випрямлена
напруга мережі згладжується конденсаторами С5, С6. На шині випрямленного
напруги з'являється постійна напруга +310 В відносно загального проводу
первинної сторони.
Терморезистор
призначений для обмеження стрибка зарядного струму через конденсатори в момент
включення ДБЖ. В холодному стані опір TR складає декілька Ом,
струм крізь діодний міст обмежується безпечним рівнем. У результаті
протікання струму крізь TR він нагрівається і його опір складає долі Ом,
що в подальшому не впливає на роботу ДБЖ.
Мережний плавкий
запобіжник призначений для захисту мережі від перевантажень при можливих КЗ в
первинного кола ИБП, і захищає схему самого джерел безперервного живлення від внутрішніх перевантажень і КЗ.
Вхідний помехопоглощающій
фільтр має властивість ліквідації завад в двох напрямках, тобто
запобігає проникнення високочастотних імпульсних завад з мережі в ДБЖ, і
навпаки - з ДБЖ в мережу.
Паралельно
конденсаторам С5, С6 включені високоомні опору R2, R3 номіналом 200
кОм, через які С5, С6 розряджаються при виключенні ДБЖ. Крім цього ці
опору вирівнюють напругу на С5, С6 (для симетрії роботи схеми).
3.2 Силовий
каскад.
Силовий каскад
побудований за двотактної полумостовой схемою. Транзистори VT1, VT2 - ключові силові
транзистори, які при роботі БП відмикаються по черзі. Управляюче напруга,
що подається на бази цих транзисторів побудована таким чином, щоб завжди
була "мертва зона", коли обидва транзисторів закриті. Цим попереджаються
наскрізні струми через транзистори VT1, VT2.
Електрорушійна
сила (ЕРС) на вторинних обмотках керуючого трансформатора в перший момент
після вмикання ще відсутня. Тому, щоб низькоомний опір
обмоток не шунтувати керуючі переходи база-емітер силових ключів,
доводиться застосовувати у схемі розв'язують діоди VD5, VD6.
Діоди VD7, VD8
призначені для створення шляху протікання струму рекуперації (часткове
повернення енергії, яка була накопичена в індуктивності розсіювання
трансформатора джерела живлення), який протікає по колу: T1-C7-C6-VD8-T1
для діода VD8 і T1-C7-C5-VD7-T1 для діода VD7.
Ланцюг з елементів
C10, R10 включена паралельно первинній обмотці імпульсного силового
трансформатора, демпфує паразитні високочастотні коливання, які виникають
в паразитної коливальному контурі, який складається з індуктивності
розсіювання первинної обмотки Т1 і межвітковой ємності, в момент закриття
транзисторів VT1, VT2. При цьому C10 збільшує загальну ємність паразитної ланцюга, знижуючи,
таким чином, частоту паразитного коливального процесу. R9 зменшує
добротність цього контуру, що сприяє швидкому загасання коливань.
Конденсатор C7,
запобігає протікання можливої постійної складової струму через первинну
обмотку імпульсного високочастотного трансформатора. Тому є елементом,
який запобігає підмагнічування осердя трансформатора.
Конденсатори
C8, C9 виконують функцію форсують ємностей і прискорюють процес перемикання
силового транзистора. Це відбувається таким чином. При появі відмикає
імпульсу на обмотці розряджений конденсатор С8 забезпечує подачу в базу VT1
вхідного відмикає струму з крутим фронтом, який перевищує його встановлене
значення. Тому початковий імпульс через С8, забезпечує прискорене відмикання
VT1. Коли С8 зарядитися до рівня ЕРС, яка діє на обмотці
керуючого трансформатора, струм через нього перестане протікати, і в
подальшому базовий струм VT1 піде через VD5, R4, R8. При зникненні ЕРС на
обмотці керуючого трансформатора напруга конденсатора С8 прикладається до
емітерний переходу транзистора VT1 в запираючої полярності і, форсовано його
закриває, надійно підтримуючи його в закритому стані до кінця "мертвої
зони ". Аналогічно для конденсатора С9.
3.3 Вихідні
ланцюга.
Спосіб
отримання вихідних напруг однаковий майже в усіх схемах. Основний (загальний)
спосіб полягає в випрямленні і згладжуванні імпульсних ЕРС з вторинних
обмоток імпульсного силового трансформатора. При цьому випрямлення в усіх двотактних
схемах здійснюється по двухполуперіодной схемі з середньою точкою. Цим
забезпечується симетричний режим перемагнічування осердя імпульсного
трансформатора, так як через вторинні обмотки протікає тільки змінний струм
і, відповідно, відсутня вимушене підмагнічування сердечника, що неминуче
в однополуперіодних схемах випрямлення, де струм протікає через вторинну
обмотку трансформатора тільки в одному напрямку.
Тому що всі схеми
реалізовані приблизно однаково, достатньо буде розглянути і описати
роботу однієї схеми (12 В).
Коли крізь
первинну обмотку 1-2 силового трансформатора Т1 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 негативним. Тому лінійно
наростаючий струм протікає по колу: 3 T1-верхній діод в діодним збірці VD9 --
обмотка W1 дросель групової стабілізації L5 - дросель L6 - конденсатор С12 --
корпус 7 Т1.
Нижній діод
збірки на цьому інтервалі закрито негативним напругою на аноді, і струм крізь
нього не протікає.
Крім
підзарядки конденсатора С12 відбувається передача енергії на вихід каналу
(підтримується струм навантаження). На цьому ж інтервалі часу в серцевині дроселів
L5 і L6, накопичується магнітна енергія.
Далі струм через
первинну обмотку силового трансформатора припиняється як результат закриття
силового транзистора. ЕРС на вторинних обмотках зникає. Триває "мертва
зона ". На цьому інтервалі енергія, збережена в дроселях L5, L6 передається в
конденсатор С12 і в навантаження.
Цей струм - лінійно
спадаючий в часі. Далі відкривається друге силовий транзистор і через
первинну обмотку Т1 починає протікати лінійно наростаючий струм зворотного
напряму. 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 діодним збірці VD9, а її верхній діод
буде закритим. Струм крізь обмотку W1, L5 і L6 знову буде лінійно наростаючим і
зарядити конденсатор С12, і також буде підтримувати струм у навантаженні. Резистор
R12 призначений для швидкої розрядки конденсатора C12 і інших допоміжних
ємностей після вимикання безперебійного живлення для приведення всієї схеми БЖ в первинний
стан.
Реалізація
каналу в +3.3 В де-не-де відрізняється від реалізації інших каналів. Для отримання
напруги в +3.3 В використовується обмотка на 5В, напруга з якої перетворюється
на мікросхемі TL431C з навісними елементами: R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23,
VD14, C17, C18, VT3.
3.4 Стабілізація
вихідних напруг ДБЖ.
Схема
стабілізації вихідних напруг в ИБП являє собою замкнуту петлю
автоматичного регулювання. Ця петля включає в себе:
- схему
управління;
- що погоджує
предусілітельний каскад;
- керуючий
трансформатор;
- силовий
каскад;
- силовий
імпульсний трансформатор;
- випрямляючий
блок;
- дросель
межканальной зв'язку;
- блок
фільтрів;
- дільник
напруги зворотного зв'язку;
- дільник
опорного напруги.
У складі схеми
управління є наступні функціональні вузли:
- підсилювач сигналу
неузгодженості з колом корекції;
- ШІМ --
компаратор;
- генератор
пилоподібного напруги;
- джерело
опорного стабілізованої напруги.
У процесі
роботи підсилювач сигналу неузгодженості порівнює вхідний сигнал дільника
напруги з опорною напругою дільника. Посилений сигнал неузгодженості надходить
на широтно-імпульсний модулятор, який керує крайовим каскадом підсилювача
потужності, в який, у свою чергу, подає модульований керуючий сигнал на
силовий каскад перетворювача через керуючий трансформатор Т2. Харчування
силового трансформатора здійснюється за безтрансформаторного схемою. Перемінна
напруга мережі випрямляється мережевим випрямлячем і подається на силовий каскад,
де згладжується конденсаторами ємнісний стійки. Частина вихідної напруги
стабілізатора порівнюється с постійною опорною напругою і потім
здійснюється підсилення отриманої різниці (сигналу неузгодженості) 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 неузгодженості з пилоподібним напругою, що отримують
із спеціального генератора.
Динаміка
процесу стабілізації наступна.
Нехай під
дією якогось дестабілізує фактору вихідна напруга в каналі +5 В
зменшилося. Тоді зменшиться рівень сигналу зворотного зв'язку на неінвертірующій
вхід підсилювача помилки. Відповідно, вихідна напруга підсилювача
зменшиться. Тому збільшиться ширина вихідних імпульсів мікросхеми на висновках
8 і 11. Тобто збільшиться час відкритого стану за період силових ключових
транзисторів інвертування. Відповідно, більше ніж раніше, частину періоду в
сердечнику трансформатора буде існувати наростаючий магнітний потік, а
значить, довше, ніж раніше, на вторинних обмотках цього трансформатора будуть
діяти наведені цим потоком ЕРС. Тому збільшується постійна
складова, яка виділяється згладжуючим фільтром з імпульсної
послідовності після випрямлення, тобто вихідна напруга каналу +5 В
збільшиться, повертаючись до номінального значення.
При збільшенні вихідного
напруги +5 В процеси будуть зворотними.
Стабілізація вихідних
напруг інших каналів здійснюється шляхом групової стабілізації. Для
цього в схему блоку вмикається спеціальний елемент межканальной зв'язку, в
якості якого зазвичай використовують високообмоточний дросель.
При цьому
зміна будь-якої вихідної напруги приводить, завдяки електромагнітної
зв'язку між обмотками дроселя групової стабілізації, до відповідного
зміні вихідної напруги +5 В з подальшим включенням механізму ШІМ.
Дросель групової стабілізації являє собою п'ять обмоток (по одній
обмотці в кожному вихідному каналі БЖ), намотаних на один феритове сердечник і
які включені синфазно. У цьому випадку дросель в схемі виконує дві
функції:
функцію
згладжування пульсацій випрямленного напруги - при цьому кожна обмотка для
свого каналу представляє згладжує дросель фільтру і працює як звичайний
дросель;
функцію
межканальной зв'язку при груповій стабілізації - при цьому завдяки
електромагнітної зв'язку через осердя дросель працює як трансформатор,
який передає величину зміни струмів, які протікають через обмотки
каналів 12 В,-12В,-5В, +3.3 В в обмотку +5 В.
Таке
побудова гарантує забезпечення стійкої роботи ДБЖ, що є
необхідною умовою його нормального функціонування.
3.5 Схема
виробки сигналу PG (Power Good).
Наявність сигналу
PG є обов'язковим для будь-якого блоку живлення, що відповідає стандарту
IBM.
Схема вироблення
сигналу PG має дві функції:
перша функція
- Це затримка появи сигналу PG високого рівня при включенні ИБП, який
дозволяє запуск;
друга функція
- Це функція передчасного переходу сигналу PG в неактивний низький рівень,
який забороняє роботу процесора при виключенні ДБЖ, а також у випадках виникнення
різноманітного роду аварійних обставин, перш ніж почне зменшуватися
напруга яка живить цифрову частину системного модуля.
Як
базового елементу при побудові схеми використана мікросхема типу LM393.
Мікросхема представляє собою компаратор напруг.
Розрахунок працездатності
схеми.
Робота
імпульсного джерела живлення досить вагомо залежить від того, на скільки
точно виконаний розрахунок трансформатора. Навіть невелике о?? клоненіе його параметрів
від оптимальних для конкретного джерела живлення може привести до зменшення
ККД і погіршенню характеристик. З огляду на важливість цього елементу схеми,
розрахуємо його параметри.
Розрахунок.
1. Визначимо потужність,
яку використовує трансформатор.
,
де 
- потужність,
яку споживає навантаження (
).
2. Задамося
габаритної потужністю 
, щоб
підібрати магнітний сердечник для трансформатора. Магнітний сердечник підбираємо
виходячи з умови 
.
,
де 
- площа
перетину магнітного осердя;
- площа вікна
магнітного осердя;
- мінімальна
робоча частота (
);
- магнітна
індукція в магнітному сердечнику (
);
- коефіцієнт
заповнення вікна дротом (
);
Вибираємо з
довідника осердя М2000 НН.
3. Визначимо
напруга на первинній обмотці, яка для схеми з полумостовим 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
моделі можливої конструкції БЖ треба об'єктивно проаналізувати всі вихідні
дані, виділити серед них найбільш важливі, які мають найбільший вплив на
надійність і стабільність Роботи блоку харчування і, виходячи з цих міркувань,
розробити конструкцію, що в максимальній мірі задовольнить цим
вимогам.
При розробці
конструкції БП існують певні обмеження у вигляді стандартів
р
