Schémy. Počítačový zdroj Pripojenie napájacieho zdroja s výkonom 200W

Tu je úplný popis schémy zapojenia pre jeden z 200-wattových spínaných zdrojov (PS6220C, vyrobený na Taiwane).

Striedavé sieťové napätie je privádzané cez sieťový vypínač PWR SW cez sieťovú poistku F101 4A, odrušovacie filtre tvorené prvkami C101, R101, L101, C104, C103, C102 a tlmivkami L102, L103 do:

• výstupný trojkolíkový konektor, ku ktorému je možné pripojiť napájací kábel displeja;
• dvojpinový konektor JP1, ktorého protikus je umiestnený na doske.

Z konektora JP1 sa sieťové striedavé napätie privádza do:

• premostenie usmerňovacieho obvodu VR1 cez termistor THR1;
• primárne vinutie štartovacieho transformátora T1.

Na výstupe usmerňovača VR1 sú zapnuté vyhladzovacie kapacity filtra C1, C2. Termistor THR obmedzuje počiatočný nábehový nabíjací prúd týchto kondenzátorov. SW vypínač 115V/230V umožňuje napájanie UPS ako zo siete 220-240V, tak aj zo siete 110/127V.

Vysokoohmické odpory R1, R2, bočníkové kondenzátory C1, C2 sú baluny (vyrovnávajú napätia na C1 a C2) a zabezpečujú aj vybíjanie týchto kondenzátorov po vypnutí UPS zo siete. Výsledkom činnosti vstupných obvodov je objavenie sa na zbernici usmerneného napätia jednosmernej siete Uep, rovné +310 V, s určitými zvlneniami. Tento UPS používa spúšťací obvod s núteným (externým) budením, ktorý je implementovaný na špeciálnom spúšťacom transformátore T1, na ktorého sekundárnom vinutí sa po pripojení UPS do siete objaví striedavé napätie s frekvenciou v. zásobovacej siete. Toto napätie je usmerňované diódami D25, D26, ktoré tvoria so sekundárnym vinutím T1 celovlnný usmerňovací obvod so stredným bodom. C30 je vyhladzovacia kapacita filtra, na ktorom sa generuje konštantné napätie, ktoré slúži na napájanie riadiaceho čipu U4.

TL494 IC sa tradične používa ako riadiaci čip v tomto UPS.

Napájacie napätie z kondenzátora C30 je privedené na svorku 12 U4. Výsledkom je, že výstupné napätie interného referenčného zdroja Uref = -5 V sa objaví na kolíku 14 U4, spustí sa interný generátor pílovitého napätia mikroobvodu a na kolíkoch 8 a 11 sa objavia riadiace napätia, čo sú sekvencie pravouhlých impulzov. s negatívnymi nábehovými hranami, posunutými voči sebe o pol periódy. Prvky C29, R50, pripojené na kolíky 5 a 6 čipu U4, určujú frekvenciu pílového napätia generovaného interným generátorom čipu.

Prispôsobovací stupeň v tomto UPS je vyrobený podľa beztranzistorového obvodu so samostatným riadením. Napájacie napätie z kondenzátora C30 sa privádza do stredov primárnych vinutí riadiacich transformátorov T2, T3. Výstupné tranzistory IC U4 plnia funkcie prispôsobených stupňových tranzistorov a sú zapojené podľa OE obvodu. Emitory oboch tranzistorov (kolíky 9 a 10 mikroobvodu) sú pripojené k "telu". Kolektorové záťaže týchto tranzistorov sú primárne polovičné vinutia riadiacich transformátorov T2, T3, pripojené na svorky 8, 11 mikroobvodu U4 (otvorené kolektory výstupných tranzistorov). Druhé polovice primárnych vinutí T2, T3 s pripojenými diódami D22, D23 tvoria demagnetizačné obvody jadier týchto transformátorov.

Transformátory T2, T3 riadia výkonné tranzistory polomostíkového meniča.

Prepínanie výstupných tranzistorov mikroobvodu spôsobuje výskyt impulzného riadiaceho EMF na sekundárnych vinutiach riadiacich transformátorov T2, T3. Pod vplyvom týchto EMF výkonových tranzistorov Q1, Q2 sa striedavo otvárajú s nastaviteľnými pauzami ("mŕtve zóny"). Preto cez primárne vinutie výkonového impulzného transformátora T5 preteká striedavý prúd vo forme pílovitých prúdových impulzov. Je to spôsobené tým, že primárne vinutie T5 je zahrnuté v uhlopriečke elektrického mostíka, ktorého jedno rameno tvoria tranzistory Q1, Q2 a druhé kondenzátory C1, C2. Preto pri otvorení niektorého z tranzistorov Q1, Q2 je primárne vinutie T5 pripojené k jednému z kondenzátorov C1 alebo C2, čo spôsobí, že ním preteká prúd počas celej doby otvorenia tranzistora.

Tlmičové diódy D1, D2 vracajú energiu uloženú v zvodovej indukčnosti primárneho vinutia T5 pri uzavretom stave tranzistorov Q1, Q2 späť do zdroja (rekuperácie).

Kondenzátor C3, zapojený do série s primárnym vinutím T5, eliminuje jednosmernú zložku prúdu cez primárne vinutie T5, čím eliminuje nežiaduce predpätie jeho jadra.

Rezistory R3, R4 a R5, R6 tvoria bázové deliče pre výkonové tranzistory Q1, resp. Q2 a poskytujú optimálny režim spínania z hľadiska dynamických strát výkonu na týchto tranzistoroch.

Tok striedavého prúdu cez primárne vinutie T5 spôsobuje prítomnosť striedavého obdĺžnikového impulzu EMF na sekundárnych vinutiach tohto transformátora.

Výkonový transformátor T5 má tri sekundárne vinutia, z ktorých každé má vedenie od stredu.

Vinutie IV poskytuje výstupné napätie +5 V. Zostava diódy SD2 (polovičný mostík) tvorí s vinutím IV celovlnný usmerňovací obvod so stredným bodom (stred vinutia IV je uzemnený).

Zostava diód SD2 sú diódy so Schottkyho bariérou, ktorá dosahuje požadované otáčky a zvyšuje účinnosť usmerňovača.

Vinutie III spolu s vinutím IV poskytuje výstupné napätie +12 V spolu s diódovou zostavou (polovičný mostík) SD1. Táto zostava tvorí s vinutím III celovlnný usmerňovací obvod so stredom. Stredný bod vinutia III však nie je uzemnený, ale pripojený na zbernicu výstupného napätia +5 V. To umožní použiť Schottkyho diódy vo výstupnom kanáli +12 V, pretože spätné napätie aplikované na usmerňovacie diódy počas tohto zapojenia sa zníži na úroveň prijateľnú pre Schottkyho diódy.

Prvky L1, C6, C7 tvoria vyhladzovací filter v +12 V kanáli.

Rezistory R9, R12 sú určené na urýchlenie vybíjania výstupných kondenzátorov zberníc +5 V a +12 V po vypnutí UPS zo siete.

Vinutie II s piatimi odbočkami poskytuje záporné výstupné napätie -5 V a -12 V.

Dve diskrétne diódy D3, D4 tvoria celovlnný usmerňovací polomost vo výstupnom kanáli -12 V a diódy D5, D6 - v kanáli -5 V.

Prvky L3, C14 a L2, C12 tvoria vyhladzovacie filtre pre tieto kanály.

Vinutie II, ako aj vinutie III, je zopnuté upokojujúcim RC obvodom R13, C13.

Stredový bod vinutia II je uzemnený.

Stabilizácia výstupných napätí sa vykonáva rôznymi spôsobmi v rôznych kanáloch.

Záporné výstupné napätia -5 V a -12 V sú stabilizované pomocou lineárnych integrovaných trojsvorkových stabilizátorov U4 (typ 7905) a U2 (typ 7912).

Na tento účel sa na vstupy týchto stabilizátorov privádzajú výstupné napätia usmerňovačov z kondenzátorov C14, C15. Na výstupných kondenzátoroch C16, C17 sa získajú stabilizované výstupné napätia -12 V a -5 V.

Diódy D7, D9 zabezpečujú vybíjanie výstupných kondenzátorov C16, C17 cez odpory R14, R15 po vypnutí UPS zo siete. V opačnom prípade by sa tieto kondenzátory vybíjali cez obvod stabilizátora, čo je nežiaduce.

Cez odpory R14, R15 sa vybíjajú aj kondenzátory C14, C15.

Diódy D5, D10 plnia ochrannú funkciu v prípade poruchy usmerňovacích diód.

Ak sa ukáže, že aspoň jedna z týchto diód (D3, D4, D5 alebo D6) je "zlomená", potom pri absencii diód D5, D10 by sa na vstup integrálneho stabilizátora U1 priviedlo kladné impulzné napätie ( alebo U2) a cez elektrolytické kondenzátory C14 alebo C15 by tiekol striedavý prúd, čo by viedlo k ich poruche.

Prítomnosť diód D5, D10 v tomto prípade vylučuje možnosť takejto situácie, pretože prúdi cez ne.

Napríklad, ak je dióda D3 "zlomená", kladná časť obdobia, kedy musí byť D3 uzavretá, prúd sa uzavrie v obvode: do-a D3 - L3 D7-D5- "prípad".

Stabilizácia výstupného napätia +5 V sa vykonáva metódou PWM. K tomu je na zbernicu výstupného napätia +5 V pripojený merací odporový delič R51, R52. Signál úmerný úrovni výstupného napätia v kanáli +5 V sa odoberá z odporu R51 a privádza sa na invertujúci vstup chybového zosilňovača DA3 (vývod 1 riadiaceho čipu). Priamy vstup tohto zosilňovača (pin 2) je napájaný referenčnou úrovňou napätia, odobratou z odporu R48, ktorý je súčasťou deliča VR1, R49, R48, ktorý je pripojený k výstupu interného referenčného zdroja U4. mikroobvod Uref = +5 V. Pri napäťovej úrovni na zbernici + 5 V vplyvom rôznych destabilizačných faktorov dochádza k zmene veľkosti nesúladu (chyby) medzi referenčnou a riadenou napäťovou úrovňou na vstupoch v. chybový zosilňovač DA3. V dôsledku toho sa šírka (trvanie) riadiacich impulzov na kolíkoch 8 a 11 čipu U4 mení tak, aby sa vrátilo vychýlené výstupné napätie +5 V na nominálnu hodnotu (keď napätie na +5 V zbernica klesá, šírka riadiacich impulzov sa zvyšuje a keď sa toto napätie zvyšuje - znižuje).

Výstupné napätie +12 V v tomto UPS nie je stabilizované.

Úroveň výstupného napätia v tomto UPS je nastavená len pre kanály +5 V a +12 V. Toto nastavenie sa vykonáva zmenou úrovne referenčného napätia na priamom vstupe chybového zosilňovača DA3 pomocou trimovacieho rezistora VR1.

Keď sa počas konfigurácie UPS zmení poloha posúvača VR1, úroveň napätia na +5 V zbernici sa zmení v rámci určitých limitov, a teda na +12 V zbernici, pretože napätie zo zbernice +5 V sa privádza do stredného bodu vinutia III.

Kombinovaná ochrana tohto UPS zahŕňa:

• obmedzovací obvod na riadenie šírky riadiacich impulzov;
• neúplný obvod riadenia výstupného prepätia (iba na +5 V zbernici).

Pozrime sa na každú z týchto schém.

Obmedzujúci riadiaci obvod využíva ako snímač prúdový transformátor T4, ktorého primárne vinutie je zapojené do série s primárnym vinutím výkonového impulzného transformátora T5.

Rezistor R42 je záťažou sekundárneho vinutia T4 a diódy D20, D21 tvoria obvod s plnou vlnou na usmernenie striedavého impulzného napätia odoberaného zo záťaže R42.

Rezistory R59, R51 tvoria delič. Časť napätia je vyhladená kondenzátorom C25. Úroveň napätia na tomto kondenzátore úmerne závisí od šírky riadiacich impulzov na bázach výkonových tranzistorov Q1, Q2. Táto úroveň je privádzaná cez odpor R44 na invertujúci vstup chybového zosilňovača DA4 (pin 15 čipu U4). Priamy vstup tohto zosilňovača (pin 16) je uzemnený. Diódy D20, D21 sú zapojené tak, že kondenzátor C25 sa pri pretekaní prúdu týmito diódami nabíja na záporné (vzhľadom na spoločný vodič) napätie.

V normálnej prevádzke, kedy šírka riadiacich impulzov neprekračuje povolené hranice, je potenciál pinu 15 kladný, a to vďaka spojeniu tohto pinu cez rezistor R45 so zbernicou Uref. Ak sa šírka riadiaceho impulzu z akéhokoľvek dôvodu nadmerne zvýši, záporné napätie na kondenzátore C25 sa zvýši a potenciál výstupu 15 sa stane negatívnym. To vedie k výstupnému napätiu chybového zosilňovača DA4, ktoré sa predtým rovnalo 0 V. Ďalšie zväčšovanie šírky riadiacich impulzov vedie k tomu, že spínacie riadenie PWM komparátora DA2 sa prenáša na zosilňovač DA4, a preto sa na výstupe zosilňovača DA4 pripája frekvenčný menič. a následnému zväčšeniu šírky riadiacich impulzov už nedochádza (obmedzený režim), as šírka týchto impulzov prestáva závisieť od úrovne spätnoväzbového signálu na priamom vstupe chybového zosilňovača DA3.

Ochranný obvod proti skratu v záťaži možno podmienečne rozdeliť na ochranu kanálov na generovanie kladných napätí a ochranu kanálov na generovanie záporných napätí, ktoré sú v obvodoch implementované približne rovnakým spôsobom.

Snímačom obvodu ochrany proti skratu v záťaži kanálov na generovanie kladných napätí (+5 V a +12 V) je diódovo-odporový delič D11, R17, zapojený medzi výstupné zbernice týchto kanálov. Úroveň napätia na anóde diódy D11 je riadený signál. V normálnej prevádzke, keď napätia na výstupných zberniciach kanálov +5 V a +12 V majú nominálne hodnoty, je anódový potenciál diódy D11 asi +5,8 V, pretože cez delič-snímač tečie prúd zo zbernice +12 V do zbernice +5 V po obvode: zbernica +12 V - R17-D11 - zbernica +5 V.

Riadený signál z anódy D11 je privedený na odporový delič R18, R19. Časť tohto napätia sa odoberá z rezistora R19 a privádza sa na priamy vstup komparátora 1 čipu U3 typu LM339N. Referenčná napäťová úroveň je privádzaná na invertujúci vstup tohto komparátora z rezistora R27 deliča R26, R27 pripojeného na výstup referenčného zdroja Uref=+5 V riadiaceho čipu U4. Referenčná úroveň je zvolená tak, že pri normálnej prevádzke by potenciál priameho vstupu komparátora 1 prevýšil potenciál inverzného vstupu. Potom sa výstupný tranzistor komparátora 1 uzavrie a obvod UPS funguje normálne v režime PWM.

Napríklad v prípade skratu v záťaži +12 V kanála sa anódový potenciál diódy D11 rovná 0 V, takže potenciál invertujúceho vstupu komparátora 1 bude vyšší ako potenciál priamy vstup a výstupný tranzistor komparátora sa zapnú. To spôsobí zatvorenie tranzistora Q4, ktorý je normálne otvorený prúdom bázy pretekajúcim obvodom: Upom zbernica - R39 - R36 b-e Q4 - "telo".

Zapnutím výstupného tranzistora komparátora 1 sa pripojí odpor R39 k "telu", a preto je tranzistor Q4 pasívne uzavretý nulovým predpätím. Uzavretie tranzistora Q4 má za následok nabíjanie kondenzátora C22, ktorý funguje ako ochranný oneskorovací spoj. Oneskorenie je potrebné z tých dôvodov, že pri prechode UPS do režimu sa výstupné napätia na zberniciach +5 V a +12 V neobjavia okamžite, ale až pri nabíjaní vysokokapacitných výstupných kondenzátorov. Referenčné napätie zo zdroja Uref sa naopak objaví takmer okamžite po pripojení UPS do siete. V štartovacom režime sa teda komparátor 1 prepne, jeho výstupný tranzistor sa otvorí a ak by tam nebol oneskorený kondenzátor C22, viedlo by to k okamžitej prevádzke ochrany po zapnutí UPS. C22 je však zahrnutý v obvode a ochranná operácia nastane až potom, čo napätie na ňom dosiahne úroveň určenú hodnotami rezistorov R37, R58 deliča pripojeného k zbernici Upom a ktorý je základom pre tranzistor. Q5. Keď sa to stane, tranzistor Q5 sa zapne a odpor R30 je pripojený cez malý vnútorný odpor tohto tranzistora k "puzdru". Preto sa objaví cesta, aby základný prúd tranzistora Q6 pretekal obvodom: Uref - e-b Q6 - R30 - "puzdro" e-Q5.

Tranzistor Q6 sa týmto prúdom otvára až do saturácie, v dôsledku čoho sa napätie Uref = 5 V, ktoré je napájané emitorom tranzistora Q6, privedie cez jeho nízky vnútorný odpor na kolík 4 riadiaceho čipu U4. To, ako bolo ukázané skôr, vedie k vypnutiu digitálnej cesty mikroobvodu, strate výstupných riadiacich impulzov a ukončeniu spínacích výkonových tranzistorov Q1, Q2, t.j. na bezpečnostné vypnutie. Skrat v záťaži +5 V kanála spôsobí, že anódový potenciál diódy D11 bude len asi +0,8 V. Preto bude výstupný tranzistor komparátora (1) otvorený a dôjde k ochrannému vypnutiu.

Podobne je v záťaži kanálov zabudovaná ochrana proti skratu na generovanie záporných napätí (-5 V a -12 V) na komparátore 2 mikroobvodu U3. Prvky D12, R20 tvoria diódovo-odporový delič-snímač zapojený medzi výstupné zbernice kanálov na generovanie záporných napätí. Riadeným signálom je potenciál katódy diódy D12. Pri skrate v kanálovej záťaži -5 V alebo -12 V stúpa potenciál katódy D12 (z -5,8 na 0 V pri skrate v kanálovej záťaži -12 V a až na -0,8 V pri skrate obvod v zaťažení kanála -5 V) . V ktoromkoľvek z týchto prípadov sa normálne uzavretý výstupný tranzistor komparátora 2 otvorí, čo spôsobí, že ochrana bude fungovať podľa vyššie uvedeného mechanizmu. V tomto prípade sa referenčná úroveň z odporu R27 privádza na priamy vstup komparátora 2 a potenciál invertujúceho vstupu je určený hodnotami odporov R22, R21. Tieto odpory tvoria bipolárny napájaný delič (rezistor R22 je pripojený na zbernicu Uref = +5 V a rezistor R21 je pripojený ku katóde diódy D12, ktorej potenciál pri normálnej prevádzke UPS, ako už bolo uvedené, je -5,8 V ). Preto je potenciál invertujúceho vstupu komparátora 2 v normálnej prevádzke udržiavaný nižší ako potenciál priameho vstupu a výstupný tranzistor komparátora bude uzavretý.

Ochrana proti výstupnému prepätiu na +5 V zbernici je realizovaná na prvkoch ZD1, D19, R38, C23. Zenerova dióda ZD1 (s prierazným napätím 5,1 V) je pripojená na zbernicu výstupného napätia +5 V. Pokiaľ teda napätie na tejto zbernici nepresiahne +5,1 V, je zenerova dióda uzavretá a tranzistor Q5 je tiež zatvorené. Ak sa napätie na zbernici +5 V zvýši nad +5,1 V, zenerova dióda „prerazí“ a do bázy tranzistora Q5 preteká odblokovací prúd, čo vedie k otvoreniu tranzistora Q6 a vzniku napätie Uref = +5 V na pine 4 riadiaceho čipu U4, tie. na bezpečnostné vypnutie. Rezistor R38 je predradník pre zenerovu diódu ZD1. Kondenzátor C23 zabraňuje vypnutiu ochrany pri náhodných krátkodobých rázoch napätia na zbernici +5 V (napríklad v dôsledku vytvorenia napätia po prudkom poklese záťažového prúdu). Dióda D19 je odpojovacia.

Obvod generovania signálu PG v tomto UPS je dvojfunkčný a je namontovaný na komparátoroch (3) a (4) mikroobvodu U3 a tranzistora Q3.

Obvod je založený na princípe riadenia prítomnosti striedavého nízkofrekvenčného napätia na sekundárnom vinutí štartovacieho transformátora T1, ktoré pôsobí na toto vinutie len vtedy, ak je na primárnom vinutí T1 napájacie napätie, t.j. keď je UPS pripojený k elektrickej sieti.

Takmer okamžite po zapnutí UPS sa na kondenzátore C30 objaví pomocné napätie Upom, ktoré napája riadiaci čip U4 a pomocný čip U3. Okrem toho striedavé napätie zo sekundárneho vinutia štartovacieho transformátora T1 cez diódu D13 a odpor R23 obmedzujúci prúd nabíja kondenzátor C19. Odporový delič R24, R25 je napájaný napätím z C19. Pri rezistore R25 je časť tohto napätia privedená na priamy vstup komparátora 3, čo vedie k uzavretiu jeho výstupného tranzistora. Hneď potom sa objaví výstupné napätie interného referenčného zdroja mikroobvodu U4 Uref = +5 V napája delič R26, R27. Preto sa referenčná úroveň z odporu R27 privádza na invertujúci vstup komparátora 3. Táto úroveň je však zvolená tak, aby bola nižšia ako úroveň na priamom vstupe, a preto výstupný tranzistor komparátora 3 zostáva v uzavretom stave. Preto proces nabíjania prídržnej kapacity C20 začína pozdĺž reťazca: Upom - R39 - R30 - C20 - "puzdro".

Napätie rastúce pri nabíjaní kondenzátora C20 sa privádza na inverzný vstup 4 mikroobvodu U3. Na priamy vstup tohto komparátora je napájané napätie z rezistora R32 deliča R31, R32 pripojeného na zbernicu Upom. Pokiaľ napätie na nabíjacom kondenzátore C20 nepresiahne napätie na rezistore R32, výstupný tranzistor komparátora 4 je uzavretý. Preto otvárací prúd prúdi do bázy tranzistora Q3 cez obvod: Upom - R33 - R34 - b-e Q3 - "puzdro".

Tranzistor Q3 je otvorený saturácii a PG signál odoberaný z jeho kolektora je pasívne nízky a bráni procesoru spustiť sa. Za túto dobu, počas ktorej úroveň napätia na kondenzátore C20 dosiahne úroveň na rezistore R32, stihne UPS spoľahlivo prejsť do nominálneho prevádzkového režimu, t.j. všetky jeho výstupné napätia sa objavia v plnom rozsahu.

Akonáhle napätie na C20 presiahne napätie odobraté z R32, komparátor 4 prepne a jeho výstupný tranzistor sa zapne. To spôsobí zatvorenie tranzistora Q3 a signál PG, odoberaný z jeho kolektorovej záťaže R35, sa stane aktívnym (úroveň H) a umožní spustenie procesora.

Po odpojení UPS od siete striedavé napätie na sekundárnom vinutí štartovacieho transformátora T1 zmizne. Preto napätie na kondenzátore C19 rýchlo klesá v dôsledku nízkej kapacity kondenzátora (1 mikrofarad).

Akonáhle sa pokles napätia na rezistore R25 zníži ako pokles na rezistore R27, komparátor 3 sa prepne a jeho výstupný tranzistor sa zapne. To bude mať za následok ochranné vypnutie výstupných napätí riadiaceho čipu U4, pretože. tranzistor Q4 sa otvorí. Okrem toho cez otvorený výstupný tranzistor komparátora 3 začne proces zrýchleného vybíjania kondenzátora C20 pozdĺž obvodu: (+) C20 - R61 - D14 - ke výstupného tranzistora komparátora 3 - "prípad" . Hneď ako úroveň napätia na C20 klesne pod úroveň napätia na R32, komparátor 4 sa prepne a jeho výstupný tranzistor sa vypne. To spôsobí, že sa Q3 otvorí a signál PG bude neaktívny, kým napätie na výstupnej zbernici UPS začne neprijateľne klesať. Tým sa inicializuje signál resetovania systému počítača a resetuje sa celá digitálna časť počítača.

Oba komparátory 3 a 4 obvodu generovania PG signálu sú pokryté kladnou spätnou väzbou s rezistormi R28 a R60, čo urýchľuje ich spínanie.

Plynulý prechod do režimu v tomto UPS je tradične zabezpečený pomocou formovacej reťaze C24, R41, pripojenej na pin 4 riadiaceho čipu U4. Zvyškové napätie na pine 4, ktoré určuje maximálne možné trvanie výstupných impulzov, sa nastavuje deličom R49, R41.

Motor ventilátora je napájaný napätím z kondenzátora C14 v kanáli generovania napätia -12 V cez dodatočný oddeľovací filter R16, C15 v tvare L.