Источник дежурного напряжения. Схемы. Принцип работы.

Материал из ROM.by.

Напряжение +5VSB, вырабатываемое этим источником, поступает на разъём блока питания для материнской платы (фиолетовый провод, 9-й контакт 20-ти контактного разъема ATX). Используется для питания материнской платы, USB (не всегда), а также для питания всей остальной начинки БП. Существуют различные способы реализации данного узла БП: на дискретных элементах или интегральных микросхемах.

РАССМОТРИМ РАЗЛИЧНЫЕ СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ДЕЖУРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ:

Содержание 1 БЛОКИНГ-ГЕНЕРАТОР 1.1 Пример 1 1.2 Пример 2 1.3 Пример 3 2 ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ 2.1 Пример 1 - TOPSwitch 2.2 Пример 2 - ICE2A0565Z

БЛОКИНГ-ГЕНЕРАТОР

Источник дежурного напряжения чаще всего выполняется в виде однотактного импульсного преобразователя по известной схеме блокинг-генератора. Основой данного способа реализации источника является усилитель с положительной обратной связью.

Пример 1

На рис. 1, в качестве примера, представлена схема источника дежурного напряжения БП MaxUs PM-230W. Питается данный источник через токоограничительный резистор R45 от 310 вольт, прямо с диодного моста. Имеет свой, импульсный трансформатор Т3 с четырьмя обмотками:

• две первичные: основная и вспомогательная обмотка (для обратной связи).
• две вторичные: с первой снимается напряжение от 15 до 20 вольт для питания начинки БП, а со второй – напряжение для выхода +5VSB.

Напряжением первой вторичной обмотки запитывается ШИМ-контроллер TL494 (через резистор небольшого номинала – около 22Ω). Со второй запитана материнская плата, мышь, USB. После подачи на базу транзистора Q5 начального смещения при помощи резистора R48, благодаря цепочке положительной обратной связи на элементах R51 и C28, схема переходит в автоколебательный режим. В данной схеме частота работы преобразователя определяется, в основном, параметрами трансформатора T3, конденсатора C28 и резистора начального смещения R48. Для контроля уровня выходного напряжения есть цепь отрицательной обратной связи. Если отрицательное напряжение со вспомогательной обмотки Т3 после выпрямителя на элементах D29 и С27 превышает напряжение стабилизации стабилитрона ZD1(16V), оно подается на базу транзистора Q5, тем самым запрещая работу преобразователя. Резистор R56 номиналом 0.5Ω в эмиттерной цепи Q5 является датчиком тока. Если ток, протекающий через транзистор Q5, превышает допустимый, то напряжение, поступающее через резистор R54 на базу Q9, открывает его, тем самым закрывая Q5. Цепь R47, С29 служит для защиты Q5 от выбросов напряжения.

Рис. 1 – схема источника дежурного напряжения БП MaxUs PM-230W.

Выходное напряжение источника +5VSB формируется интегральным стабилизатором U2(PJ7805, LM7805). С одной из вторичных обмоток Т3 напряжение в 10V после выпрямителя на D31 и фильтра на С31 поступает на вход интегрального стабилизатора U2. Напряжение с другой вторичной обмотки Т3 после выпрямления D32 и фильтрации C13 питает ШИМ-контроллер (TL494).

Пример 2

Существует еще один вариант реализации данного источника, но уже на одном транзисторе. В качестве примера на рис. 2 представлена схема источника дежурного напряжения БП Codegen (шасси: CG-07А, CG-11).

Рис. 2 – схема источника дежурного напряжения БП Codegen (шасси: CG-07А, CG-11).

В данной схеме отсутствует второй транзистор и резистор датчика тока. Другие номиналы элементов: резистора начального смещения (R81), цепи обратной связи (R82, C15). Цепь отрицательной обратной связи работает так же, как в предыдущей схеме. Если отрицательное напряжение со вспомогательной обмотки Т3 после выпрямителя на элементах D6, С12 превышает напряжение стабилизации стабилитрона ZD27(6V), оно подается на базу транзистора Q16, тем самым запрещая работу преобразователя. Выходные цепи реализованны так же, как и в предыдущей схеме.

Пример 3

На рисунке 3 представлена схема источника дежурного напряжения БП IW-ISP300A3-1. Отметим, что данная схема имеет весьма сильное сходство со схемой дежурного режима БП IW-P300A2-0, за исключением некоторых мелочей. Таким образом, все сказанное ниже будет в большенстве своем справедливо для обоих схем. Итак, мы имеем силовой ключ Q10 и каскад обратной связи собранный на Q9, U4, а так же использующий ресурсы ШИМ SG6105D (встоенный управляемый прецизионный шунт TL431).

Рис. 3 – схема источника дежурного напряжения БП IW-ISP300A3-1.

Принцип работы:

Резисторы R47 и R48 подают начальное смещение на Q10, запуская схему в автоколебательный режим работы. При этом, во избежании пробоя Q10, фиксируется максимальное напряжение на его затворе, при помощи стабилитрона D23(18В). Данная схема имеет отрицательную обратную связь по току. Максимальный ток через силовой транзистор Q10 ограничивают токовые резисторы R62 и R62A. Напряжение с этих резисторов через R60 подается на базу Q9 и по достижению максимального тока Q9 открывается, тем самым закрывая Q10 и останавливая дальнейший рост тока. Отрицательная обратная связь по напряжению реализована следующим образом: Во время работы напряжение, формируемое дополнительной обмоткой Т3, выпрямляется D22 и фильтруется С34. При увеличении выходного напряжения свыше 5В на 13 ножке U3 достигается напряжение срабатывания встроенной TL431(2,5В), формируемое делителем на элементах R58 и R59. Происходит шунтирование катода диода оптопары U4 на землю и через него начинает протикать ток по цепи +5VSB, диод U4, R56, TL431. Транзистор оптопары открывается, шунтируя напряжение обратной связи (сформированное на С34) на базу транзистора Q9. Транзистор открывается, закрывая Q10 и запрещая генерацию.

Следует отметить, что с целью максимально понизить себестоимость БП (это относится ко всем схемам БП, но в большей степени ко второй), фирмы-производители часто устанавливают в источнике дежурного напряжения малогабаритные компоненты, работающие на пределе, а зачастую – и с превышением своих электрических характеристик. В связи с этим, после непродолжительного времени работы эти элементы выходят из строя.

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Источник дежурного напряжения также может быть реализован на различных микросхемах. Рассмотрим несколько примеров релизации:

Пример 1 - TOPSwitch

На рисунке 4 представлена схема дежурного источника питания, в основе которой лежит ИМС компании Power Integrations, Inc. – так называемый TOPSwitch. Это первое поколение данных ИМС.

Микросхема имеет на борту следующие узлы:

• Высоковольтный N-канальный КМОП-транзистор с открытым стоком;
• Драйвер управления этим транзистором;
• ШИМ-контроллер с внутренним генератором на 100кГц;
• Высоковольтная цепь начального смещения;
• Усилитель ошибки/регулируемый шунт;
• различные цепи защиты.

Рис. 4 – Схема источника дежурного напряжения БП Delta Electronics DPS-260-2A.

По сути, это преобразователь, имеющий собственные цепи запуска и линейную зависимость скважности выходных импульсов от входного тока обратной связи.

Напряжение на ножке CONTROL является питающим либо заданием с цепей обратной связи. Разделение сигнала обратной связи от цепей контроля питанием происходит с использованием внутренних цепей ИМС и внешнего конденсатора С51, стоящего непосредственно возле ИМС.

В начальный момент времени внутренний высоковольтный источник тока коммутируется между ножками CONTROL и DRAIN. Питая ИМС, он также через R51 заряжает внешний конденсатор C51. При достижении напряжения 5.7V на конденсаторе, источник тока отключается, активируя ШИМ и схему управления силовым ключем. ШИМ-контроллер запускается в работу с минимальной скважностью выходных импульсов. Происходит разряд С51. В процессе разряда происходит увеличение скважности выходных импульсов и, соответственно, выходного напряжения. С дополнительной обмотки Т2 приходит напряжение ООС (отрицательной обратной связи). Минуя выпрямитель и фильтр на элементах D50 и С50, оно подается на стабилитрон ZD3. ООС реализованна таким образом, что в момент, когда выходное напряжение превышает допустимое, напряжение ООС достигает напряжения пробоя ZD3 и происходит заряд С51 по цепи D50-ZD3-D10-C51. Впоследствии происходит снижение скважности и выходного напряжения на вторичных обмотках.

Пример 2 - ICE2A0565Z

На рисунке 5 изображена схема дежурного источника на базе ИМС ICE2A0565Z. ICE2A0565Z - это второе поколение ИМС серии CoolSET компании Infineon Technologies AG. Данная микросхема имеет следующие характеристики:

• 650(В) силовой транзистор с открытым стоком
• Частота преобразователя 100(кГц)
• Скважность до 72%
• Защита от перегрева с автоматическим перезапуском
• Защита от перегрузки и обрыва обратной связи
• Защита от превышения напряжения
• Регулируемый режим мягкого запуска
• Регулирование пиковых значений тока внешним резистором

Диапазон питания данной ИМС от 8,5 до 21(В). Питается микросхема параметрическим стабилизатором на элементах: R52, R60, C7, C32, ZD2 (14V). Когда напряжение питания (Vcc) достигает порога в 13,5(В), происходит запуск внутренней цепи смещения и узла управления питанием (далее УУП). После этого УУП генерирует напряжение 6,5(В) для питания внутренних цепей, а так же все необходимые опорные напряжения. Разрешение на запуск ШИМ дают несколько узлов ИМС:

• Узел защиты
• Узел мягкого запуска
• Узел ограничения тока
• Узел режима тока

Рис. 5 – Схема источника дежурного напряжения БП Power Man IP-P350AJ2-0.

Первые три, так или иначе являются схемами защиты, а последний является основным регулировочным узлом ИМС. К нему и подводятся сигналы обратной связи (ОС) по напряжению и току. Резистор R73 установленный на ножке Isense задает максимальный ток для силового ключа. Снимаемое с него напряжение является заданием для регулирования выходного напряжения, а также для узла токовой защиты.

ПРИНЦИП РЕГУЛИРОВАНИЯ.

Во время работы напряжение с резистора R73 является функцией тока, текущего через силовой транзистор. Данное напряжение поступает на схему гашения переднего фронта в течении 220 нс. Это делается для исключения влияния выбросов тока на точность регулирования. Далее из этого напряжения формируется пилообразное напряжение, амплитуда которого прямо пропорциональна величине входного напряжения с R73, и подается на неинвертирующий вход компаратора ШИМ. С входа FB(2 нога) на инвертирующий вход компаратора ШИМ подается сигнал обратной связи по напряжению. Далее, сравнивая оба этих напряжения, этим компаратором осуществляется принцип вертикального регулирования ШИМ. Обратная связь формируется U5(TL431) и PC3(817). Резистивным делителем R57, R70 формируется напряжение для управляющего контакта U5. При увеличении этого напряжения выше 2,5(В) происходит замыкание катода диода оптопары PC3 на землю. Через него начинает протекать ток по цепи: D17, R53, PC3. Транзистор оптопары открывается и через него начинает течь ток по цепи: Rfb(внутренний резистор подтяжки к Uпит(6,5В)), R74, PC3. Напряжение на второй ноге ИМС уменьшается, уменьшая тем самым скважность выходных импульсов и, соответственно, выходное напряжение. При понижении выходного напряжения величина напряжения ОС на второй ноге ИМС растет, тем самым, увеличивая скважность и стремясь поддержать выходное напряжение на заданном уровне. При увеличении нагрузки в выходной цепи происходит и соответствующее ей изменение тока в первичной цепи. Повышается величина напряжения, снимаемого с резистора R73. Это в свою очередь приводит к увеличению амплитуды пилы на компараторе ШИМ и увеличению скважности выходных импульсов.

ПОДРОБНЕЕ О ЗАЩИТАХ ИМС.

• Токовая защита.

При превышении напряжения ОС по току величины равной Vcsth(1В) происходит незамедлительное отключение силового ключа.

• Напряжение питания.

ИМС начинает работу при достижении порога в 13,5(В) и выключается при понижении менее чем до 8,5(В). При резком скачке напряжения питания (включение) до порога в 16,5(В) срабатывает защита от перенапряжения с последующим отключением работы ИМС.

• Обратная связь.

При превышении сигнала ОС по напряжению уровня в 4,8(В) происходит закрытие схемы управления силового ключа и прекращение генерации. Обрыв ОС приводит к тем же последствиям в течение 5мкс.