Разработка выходного каскада импульсного БП

Дата

Арк.

 

 

 

     

 

- частота 50 Гц в мережі змінного струму важко піддається фільтрації всередині блоку живлення, вимагаючи великих і дорогих конденсаторів і стабілізаторів.

З іншого боку, імпульсний блок живлення використовує імпульсний ланцюг, який подрібнює вхідний струм на порівняно високій частоті. Це дозволяє використовувати високочастотні трансформатори, які набагато менше і дешевше. Крім того, струм високої частоти набагато простіше і дешевше фільтрувати і виводити, а вихідні напруги можуть широко варіюватися. Рівень вхідної напруги від 90 В до 135 В дозволяє отримувати на виході необхідні значення, також велика кількість імпульсних блоків живлення можуть автоматично переходити на вхідний струм до 240 В.

У всіх імпульсних блоків живлення є особливість - вони не можуть працювати  без навантаження. Тому у вас повинна  бути материнська плата і жорсткий диск, що споживають струм, таким чином, забезпечуючи роботу блоку живлення. Якщо просто підключити блок живлення без навантаження і якимось чином  змусити працювати, він згорить  або відключиться при наявності  ланцюга захисту. Більшість БЖ оснащені системою захисту, що робить неможливою роботу без навантаження, і відключаються автоматично.

Деякі найбільш дешеві блоки  живлення не оснащені ланцюгом захисту  і можуть вийти з ладу після  декількох секунд роботи без навантаження.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

Деякі блоки живлення мають  власні резистори, які дозволяють працювати  навіть без нормального навантаження (такого, яке забезпечує підключенні  до блоку живлення материнської плата  або вінчестера).

Деякі блоки живлення вимагають наявності навантаження по обох лініях +5 В і +12 В. Згідно специфікаціям IBM до оригінального блоку живлення AT потужністю 192 Вт, мінімальне навантаження має становити 7 А для лінії +5 В і 2,5 А для +12 В, щоб забезпечити нормальну роботу блоку живлення. Весь час, поки материнська плата підключена до блока живлення, вона буде споживати струм по лінії +5 В, щоб забезпечувати необхідне завантаження блоку живлення, але складніше справа йде з +12 В, так як це напруга, в основному, потрібна для роботи приводів, а жорсткі диски і оптичні / флоппі дисководи зазвичай не використовуються весь час. Оскільки флоппі  дисковод і оптичний привід не використовують струм по лінії +12 В, коли вони не активні, система без жорсткого диска може мати проблеми зі стабільною роботою, так як не забезпечує належний рівень завантаження блоку живлення по лінії +12 В. Щоб вирішити цю проблему, IBM поставляли оригінальні AT системи без вінчестера і до кабелю живлення жорсткого диска підключали великий резистор опором 5 Ом, що споживає 50 Вт, закріплений в невеликій металевій клітці, яка призначалася для установки жорсткого диска. Корпус AT мав отвори для гвинтів, що дозволяють закріпити клітку з резистором на місці жорсткого диска.

Цей резистор підключається  до контактів виводами 1 (+12 В) та контактний 2 (заземлення) роз’єму  живлення жорсткого диска. Він забезпечує струм 2,4 А по лінії +12 В, споживаючи 28,8 Вт. Під час роботи резистор може сильного розігрітися, проте блок живлення буде працювати стабільно. Зверніть увагу, що вентилятори на більшості блоків живлення споживають приблизно 0,1- 0,25 А, так що загальне навантаження може досягати 2,5 А. Якщо резистор відсутній на своєму місці, то ПК не зможе почати завантаження.

Більшість сучасних блоків живлення не вимагають настільки  багато навантаження, як оригінальна  система AT від IBM.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

У більшості випадків, мінімальне навантаження на рівні 0-0,3 А по лінії +3,3 В, 2-4 А по лінії +5 В і 0,5-1 А по лінії +12 В вважається достатньою. Більшість  материнських плат з легкістю перекривають мінімальний струм по лінії +5 В. Звичайні вентилятори блоку живлення споживають всього 0,1-0,25 А, так що навантаження по лінії +12 В продовжує залишатися проблемою для системи без  жорсткого диска. Взагалі кажучи, чим вище потужність блоку живлення, тим більше величина мінімального навантаження. Тим не менш, існують і винятки  з цього правила, так що слід уважно ознайомитися з характеристиками того чи іншого блоку живлення, який ви маєте  намір придбати.

Деякі блоки живлення мають вбудовані резистори і можуть працювати при будь-якому мінімальному рівні навантаження. Більшість блоків живлення не мають вбудованого резистора, але можуть працювати тільки при мінімальному рівня завантаження по лінії +5 В, яке і забезпечує материнська плата. Але деякі блоки живлення вимагати наявності навантаження по всіх трьох лініях (+3,3 В, +5 В і +12 В) для своєї роботи і єдиний спосіб дізнатися про це - вивчення характеристик конкретної моделі блоку живлення.

Системний інтегратор повинен надавати технічні специфікації всіх компонентів, що використовуються в системі. Дана інформація зазвичай відображена в довідковому керівництві, але специфікації блоку живлення, як правило, можна дізнатися і по стікеру на ньому. Виробники блоків живлення також зазвичай надають таку інформацію, щоб можна було визначити виробника і перевірити дані безпосередньо або через Інтернет.        До вхідних характеристик відноситься напруга змінного струму, тоді як характеристика на виході має на увазі перелік сил струму(ампери) по лініях. Помноживши силу струму на напругу, можна розрахувати потужність блоку живлення для кожної лінії.                          

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

У таблиці (1.1) наведені розрахунки для декількох блоків живлення різної потужності,  що відповідають стандартам ATX12V/EPS12V.

 
Таблиця 1.1-  Характеристики блоків живлення ATX12V/EPS12V, значення на виходах

Модель	VX450W	VX550W	HX650W	HX750W	HX850W	TX950W	AX1200
+12 В (A)	33	41	52	62	70	78	100
-12 В (A)	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8
+5 VSB (A)	2.5	3	3	3	3	3	2.5
+5 В (A)	20	28	30	25	25	25	30
+3.3 В (A)	20	30	24	25	25	25	30
Max +5 В/+3.3 В (Вт)	130	140	170	150	150	150	180
Зазначена потужність(Вт)	450	550	650	750	850	950	1200
Розрахункова потужність(Вт)	548	657	819	919	1015	1111	1407

Фактично, всі бЗмн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

локи живлення досягають  максимальних значень по лініях +3,3 В і +5 В. Розрахункова максимальна  потужність це загальне максимальне  споживання по всіх лініях і в реальних умовах не досягається. Тому заявлена ​​виробником потужність, блоку живлення, як правило, менше, ніж розрахункова.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

Хоча куплені в магазині ПК часто оснащені малопотужними  блоками живлення на 350 Вт або менше, висока потужність блок живлення часто  рекомендується для повноцінних  настільних систем. На жаль, навіть відносно високим оцінками потужності, заявленим  для дешевих блоків живлення, не завжди можна довіряти. Наприклад, ми бачили блок живлення з заявленою  потужністю 650 Вт, фактична потужність якого становила чесні 200 Вт. Ще одна проблема полягає в тому, що всього кілька компаній випускають блоки живлення для ПК. Більшість блок живлення, які ви можете зустріти в магазинах, зроблені одним з декількох виробників, але можуть продаватися під різними  торговими марками, назвами, моделями і т.д. Оскільки далеко не кожен покупець має обладнання, за допомогою якого  можна протестувати реальну потужність на виходах, варто довіряти лише відомим, перевіреним маркам, які пропонують якісні блок живлення.

Більшість блоків живлення вважаються універсальними, тобто можуть використовуватися в будь-якій точці  світу. Іншими словами, вони можуть працювати  в мережах змінного струму 127 В / 50 Гц (США), 240 В/50 Гц (Європа і деякі  інші країни), 220 В/50 Гц (Країни СНД). Перемикання  у відповідний режим вхідного струму, як правило, здійснюється в  автоматичному режимі, хоча до цих  пір іноді зустрічаються блок живлення, оснащені тумблером 127/240 В  на задній панелі.

 

 

 

 

 

 

 

2 Спеціальна частина

2.1 Типова схема імпульсного  блок живлення

     Включення в прості двотактні або однотактні схеми із захистом від зворотньоходових імпульсів показано на рисунку (2.1)

Рисунок 2.1 – Схема імпульсного блоку живлення

     Відзначений знаком оклику діод обов'язковий! Його роль може виконувати діодний міст при живленні від мережі або від понижуючого трансформатора. Конденсатори в первинної ланцюга повинні бути досить високої якості і великої ємності, щоб повністю поглинути імпульс зворотного ходу без помітного підвищення напруги. Всі діоди повинні бути досить швидкими і витримувати великий струм (серії HER..., наприклад).

Принцип дії захисту полягає  в тому, що у разі аварійної ситуації індуктивний викид через захисні  діоди надходить назад в харчування схеми, підвищуючи напруга на конденсаторах. Завдяки цьому діод на вході закривається, схема виявляється відрізана  від харчування і деякий час живиться виключно від самої себе, поступово витрачаючи зайву енергію.

     Двотактна схема завжди прямоходовая. Для отримання прямо ходової однотактної схеми досить прибрати одну із зазначених кольором частин - червону чи синю. Для отримання обратноходовой схеми потрібно прибрати первинну частина одного кольору, а вторинну - іншого. У однотактної обратноходової схемі можна використовувати первинної обмотки сторони з неоднаковим числом витків для отримання більшої напруги на один виток.       У двотактною схемою, на виході можна використовувати діодний міст, випрямляч або помножувач напруги. У однотактної схемою помножувач або випрямляч ставити не можна!

2.2 Згладжуючі фільтри

     У якості вихідного фільтруючого каскаду у блоках живлення використовуються згладжуючі фільтри.

Змн.Змн.

Арк.Арк.

№ докум.№ докум.

ПідписПідпис

ДатаДата

Арк.Арк.

 

 

 

 

 

 

 

     Згладжуючий фільтр - електричний ланцюг, що дозволяє зменшити пульсації напруги, одержувані на виході випрямляча. Основною характеристикою фільтра є коефіцієнт згладжування пульсацій S, що представляє собою відношення коефіцієнта пульсацій на вході фільтра P _вх до коефіцієнта пульсацій на виході P _вих:

S = P _вх / P _вих.        (2.1)

     Розрізняють ємнісні, індуктивні і ємнісне-індуктивні фільтри.

     Ємнісний фільтр складається з конденсатора, підключеного до навантаження. Напруга на вентилі U _в дорівнює різниці напруг джерела живлення U і на конденсаторі U _c:

U _в = U - U _c       (2.2)

     Струм через вентиль проходить тільки тоді, коли U - U _c > 0. Тому з моменту t , в якому U - U _c = 0, конденсатор почне заряджатися і через вентиль проходитиме зарядний струм i _з і струм навантаження i_н:

i _в = i _з + i _н.     (2.3)

     Заряд конденсатора припиниться у момент t'', коли U - U _c = 0. З цього часу напруга U стає менше, ніж U _c, і конденсатор почне розряджатися на навантаження R _н. При цьому напруга на конденсаторі зменшується за законом:

U_c = U_co e ^{- 1/RC,}   (2.4)

     де U _C0 - напруга на конденсаторі при замиканні вентиля в момент t''; RC - постійна часу RC-ланцюжка.

     При RC >> T напруга U _c зменшується повільно і його величина до наступного відкриття вентиля змінюється незначно. За цей час розрядний струм конденсатора (він же струм навантаження) також змінюється мало. У наступний напівперіод процес повторюється і т.д.Напруга на навантаженні U _н = U _c вирівнюється так само, як і струм в навантаженні:

I _н = U _н / R _н.(2.5)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

 

 

Протягом негативного напівперіоду напруга джерела живлення підсумовується з напругою навантаження, тому максимальне зворотне напруга діода одно U.

Індуктивний фільтр являє собою реактивну котушку (дросель) з індуктивністю L (індуктивний опір x _L = 6,28 fL) і активним опором R _ф. Котушка включається послідовно з опором навантаження R _н. Фільтр працює ефективно в ланцюгах з великим струмом, якщо виконуються умови 6,28 fmL>> R _н і R _ф << R _н. У цьому випадку постійна складова напруги на вхідних затисках фільтра мало відрізняється від постійної складової напруги на виході, так як: