Схемотехника блоков питания персональных компьютеров
Часть №3. Силовой каскад
Опубликовано: • Обновлено:
Как уже было сказано, подавляющее большинство блоков питания AT-формата собиралось по топологии двухтактного полумостового преобразователя (Half-Bridge). Его обобщённая схема и принцип работы был подробно описан во второй части серии. В этой же части мы подойдём к делу с более прикладной стороны – рассмотрим реальные варианты схем силового каскада, применяющиеся в реальных моделях ИБП.
Схема силовой части преобразователя
Так как блоки питания AT-формата не имеют дежурного блока питания и включаются посредством подачи сетевого напряжения через замыкание контактов выключателя, то возникает необходимость первоначального запуска преобразователя.
Решается это с помощью схемы принудительного запуска или цепи самовозбуждения.
На схеме №1 показан вариант реализации силового каскада с самовозбуждением ИБП модели GT-150W.
Назначение элементов схемы
Биполярные транзисторы VT1 и VT2 поочерёдно открываются с частотой в десятки килогерц.
Трансформатор T2 – импульсный силовой трансформатор. Он же обеспечивает гальваническую развязку от электросети. Импульсный силовой трансформатор заметно выделяется на фоне других, размером поменьше. Найти его на плате не сложно – он самый большой.
Со вторичных обмоток трансформатора T2 снимается пониженное переменное напряжение. На схеме показаны элементы одного из выходных выпрямителей +12 вольт (VD6, VD7) и его LC-фильтра (L1, C5).
Электролитические конденсаторы C6, C7 – это конденсаторы, установленные после входного выпрямителя, речь о котором шла в первой части. Там они обозначены как C4 и C5 на схеме сетевого фильтра и входного выпрямителя.
Согласующий трансформатор
Трансформатор T1 – согласующий. Он является промежуточным звеном между микросхемой ШИМ-контроллера и мощными ключевыми транзисторами VT1, VT2. Габариты его заметно меньше, чем у трансформатора T2. Диоды VD4 и VD5 предохраняют мощные транзисторы от напряжения обратной полярности. У мощных полевых транзисторов эти диоды, как правило, уже встроены, поэтому на печатной плате диоды VD4, VD5 можно и не обнаружить. Также защитные диоды встраивают в некоторые мощные биполярные транзисторы. Всё зависит от марки используемых в схеме транзисторов.
Схема запуска
Узел управления инвертора питается выходным напряжением блока, но в момент включения все напряжения отсутствуют. Начальный запуск может осуществляться разными способами. Рассмотрим более подробно схему запуска инвертора, которая "заводит" его мощный каскад.
После включения блока питания на базы транзисторов VT1, VT2 подаётся напряжение через делитель, выполненный на резисторах R3 – R6. При этом транзисторы "приоткрываются". В этот момент также начинается заряд конденсатора C4. Ток заряда конденсатора C4, проходя через часть вторичной обмотки (Ⅱ) трансформатора T1 наводит в ней (обмотке Ⅱ) и обмотке Ⅲ напряжение. Это напряжение открывает один из транзисторов (VT1 или VT2). Какой именно из транзисторов откроется зависит от характеристик элементов каскада.
В результате открытия одного из ключевых транзисторов во вторичной обмотке трансформатора T2 появляется импульс тока, который проходит через один из диодов (VD6 или VD7) и заряжает конденсатор C3. Напряжения на C3 достаточно для питания узла управления в момент запуска инвертора. Далее в работу включается ШИМ-контроллер, который подаёт на транзисторы VT1 и VT2 управляющие импульсы.
Вот так хитроумно реализована схема запуска инвертора.
В мощном каскаде наиболее частой неисправностью является выход из строя транзисторов, поскольку они работают в достаточно тяжёлом тепловом режиме. Ну, и, конечно, слабое звено это электролитические конденсаторы, которые со временем "высыхают" и теряют ёмкость. Также электролиты выходят из строя из-за превышения рабочего напряжения.