Сайт Кравченко К.В.

Импульсные источники питания.

Сайт Кравченко К.В.: www.kkbweb.narod.ru

Глава 2. Схемы импульсных блоков питания.

Разбор реальных схем начнем с самых простых: ИБП телевизора Sanyo CKM 3022-00 и видеоплейера Funai VIP-5000LR. Схема управления ключом, примененная в этих устройствах, встречается довольно часто и даже в микросхемном исполнении. Некоторые несущественные элементы схем, такие, как выпрямители сетевого напряжения и вторичных выпрямителей, я не стал рисовать, их работа описана в любом учебнике.

Начнем!

Импульсный блок (источник) питания телевизора Sanyo CKM 3022-00.

Глядя на схему, мы видим, что напряжение питания +290 В подается через обмотку 3-7 на коллектор Q513, значит это ключевой транзистор. Его база через резисторы R520, R521, R522, R524 подключена к источнику питания +290 В, значит это цепь начального смещения ключа. К цепи базы ключа непосредственно подключен транзистор Q512, следовательно он управляет напряжением на базе ключа. Транзистором Q512 управляет транзистор Q511, который в свою очередь управляется оптопарой D515, которая управляется схемой, собранной на Q553. И как это все работает? Об этом более подробно дальше.

Рис 1

С сетевого выпрямителя на ИБП поступает напряжение 280-300 В. Фильтром выпрямителя является конденсатор С507.

Что от него зависит? Этот конденсатор убирает пульсации, приходящие с сетевого выпрямителя. Причем, чем больше емкость конденсатора, тем меньше величина пульсаций и чем меньше ток, потребляемый ИБП, тем также меньше пульсаций. Величину емкости этого конденсатора разработчики выбирают исходя из уровня допустимых пульсаций и при ремонте желательно ставить емкость с не меньшей величиной, иначе возможна некачественная работа устройств. И конечно, рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 350-400 В, иначе после его взрыва вам придется долго вычищать ошметки от него, если не произойдет чего-либо более серьезного.

Напряжение начального смещения от источника +290 В поступает на базу Q513 через резисторы R520,R521,R522,R524. В первый момент никаких иных напряжений на базу не подается, транзистор Q512 заперт. Появляется небольшой ток коллектора ключа и на выводе 1 обмотки обратной связи возникает небольшой "+", который через диод D517 и резистор R524 прикладывается к базе Q513, вызывая увеличение тока его коллектора.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока Q513 не войдет в режим насыщения, при этом Q512 заперт и влияния на работу ключа не оказывает, так как сопротивление фототранзистора оптопары велико и транзистор Q511 заперт.

Вся энергия, накопленная трансформатором пойдет на зарядку конденсаторов фильтров вторичных выпрямителей, причем одного цикла заряда будет недостаточно. Поэтому пауза между импульсами будет минимальна, а время открытого состояния ключа, во время которого энергия накапливается в трансформаторе, максимально. Момент включения ИБП – самый тяжелый для ключевого транзистора, поэтому почти все дефекты, связанные с ИБП возникают именно в этот момент.

После нескольких циклов заряда конденсаторов вторичных выпрямителей напряжение на их выходах станет близким к номинальному. Начнет работать устройство сравнения на Q553. Эмиттер Q553 подключен к источнику образцового напряжения на стабилитроне D561. Напряжение на стабилитрон подается с выхода +130 В через резистор R554 и растет с увеличением напряжения выхода +130. Когда напряжение на выходе выпрямителя +130 В станет больше напряжения стабилизации стабилитрона, напряжение на нем изменяться перестанет, т.е. напряжение на эмиттере Q553 зафиксируется. База Q553 подключена к регулируемому делителю таким образом, что когда напряжение выпрямителя +130 В станет близко к +130 вольтам, напряжение на базе станет больше, чем напряжение на эмиттере и транзистор начнет открываться. Так как нагрузкой коллекторной цепи является светодиод оптопары, то через светодиод потечет ток, светодиод начнет излучать световой поток на фототранзистор, сопротивление которого начнет уменьшаться. Причем, чем сильнее открыт Q553, тем больше световой поток и тем меньше сопротивление фототранзистора. Фототранзистор подключен к цепи базы Q511 и уменьшение сопротивления фототранзистора вызывает открывание Q511, который, в свою очередь, влияет на работу Q512. Режим работы Q512 меняется. Теперь, когда положительный импульс обратной связи приходит на базу ключа, часть его напряжения, поступающего через резистор R526 складывается с напряжением, приходящим с Q511 и Q512 начинает ограничивать амплитуду импульса обратной связи. Чем сильнее открыт Q511 (а также Q553), тем меньше амплитуда обратной связи, тем раньше выключится ключ и тем меньше энергии накопится в трансформаторе, что вызовет более медленное увеличение напряжения на выходах вторичных выпрямителей и, в конце концов, прекращение его роста. Теперь наступает рабочий режим ИБП, во время которого происходит слежение за выходным напряжением. При увеличении напряжение на выходе выпрямителя +130 В транзистор Q553 открывается сильнее, световой поток светодиода оптопары увеличивается, сопротивление фототранзистора уменьшается, Q511 открывается больше и смещение на базе Q512 увеличивается и он сильнее шунтирует цепь базы ключа Q513. Ключ начинает закрываться раньше и напряжение на выходах вторичных выпрямителей уменьшается. Обратный процесс происходит при уменьшении выходного напряжения +130.

Что произойдет, если выйдут из строя элементы устройства сравнения, оптопара или другие элементы?

Это зависит от того, какие конкретно элементы.

Пробой Q553 вызовет резкое уменьшение выходного напряжения или даже срыв генерации, так как при пробое Q553 (а также при обрыве R551, R553, R556, пробое D561) светодиод оптопары станет излучать максимальный световой поток, фототранзистор и Q511 максимально откроются, смещение на базе Q512 станет максимальным и он максимально ограничит напряжение обратной связи на базе ключа вплоть до срыва. К отсутствию запуска приведет обрыв R520-R521, R524, пробой Q512. В случае когда оборвутся R552, R555, Q553, светодиод и фототранзистор оптопары, Q511, Q512, R526 ключ будет работать в режиме генерации максимальной мощности и выйдет из строя.

Остальные элементы схемы, такие как C514, R519, R525, C516, C517, D514, D516 и R517 улучшают условия возбуждения, препятствуют появлению выбросов (это кратковременное резкое повышение амплитуды) и т. д.

Вы спросите: а где здесь защита?

Защита здесь минимальна – на входе сетевого питания стоит предохранитель и между сетевым выпрямителем и конденсатором фильтра установлен защитный резистор (на схеме его нет, но на следующей схеме это R14) R502 на 3,9 Ом. Так что защиты практически никакой, резистор сгорит только после того, как пробьется ключ.

Импульсный блок питания видеоплейера Funai VIP-5000LR

В приведенной схеме не показано устройство сравнения, так как его работа аналогична работе этого узла телевизора Sanyo. И вообще, вся схема подобна выше рассмотренной.

Рис 2

Резисторы R4 и R7 – цепь начального смещения ключа Q2. Цепь обратной связи – выводы 4-3 обмотки обратной связи, диод D3, R7, на переход база-эмиттер Q2. Управляет работой ключа транзистор Q1, на который приходит сигнал ошибки с оптопары (при изменения сопротивления фототранзистора изменится ток в цепи: + питания, R1, фототранзистор, D1, переход база-эмиттер Q1, минус питания, изменится напряжение ошибки на переходе).

Резисторы R12 и R13 являются датчиками тока ключа. При прохождении тока коллектора на них появляются импульсы напряжения, которые через диод D2 поступают на базу Q1. Сигнал ошибки – это медленно изменяющееся напряжение, а импульсы датчика тока – импульсы напряжения, в точности повторяющие форму тока коллектора ключа. Эти импульсы складываются с напряжением ошибки и управляют транзистором Q1, который, открываясь при достижении суммарным напряжением определенного порога, ограничивает величину импульсов тока ключа. Таким образом, от величины напряжения смещения на базе Q1, приходящего с оптрона, зависит время открытого состояния ключа, то есть напряжение на выходах вторичных выпрямителей.

Для иллюстрации вышеизложенного приведу эпюры напряжений и токов, объясняющие процессы, происходящие в ИБП.

На эпюре «а» показано, как изменяется выходное напряжение вторичных выпрямителей относительно необходимой величины, показанной пунктиром. При изменении этого уровня схемой сравнения изменится сопротивление фототранзистора (синяя линия на эпюре «в») и, соответственно, выработано напряжение управления (красная линия на эпюре «в»). Эпюра «б» показывает, каким был бы импульс тока коллектора ключа в режиме «без управления» и при этом напряжение на эмиттере ключа – эпюра «г» .

Складывая напряжение управления и напряжение, поступающее с эмиттера Q2, получим эпюру «д», на которой пунктиром обозначен порог, при достижении которого происходит выключение ключа и прекращение тока коллектора ключа – эпюра «е».

На эпюрах ясно видно как происходит регулировка выходного напряжения. Конечно, регулирование происходит гораздо медленнее – происходит это потому, что конденсаторы фильтров вторичных выпрямителей сглаживают резкие кратковременные скачки напряжений.

Эпюрами, приведенными здесь, можно иллюстрировать также работу блока питания, описанного ранее, так как их принцип работы практически одинаков.

В следующей главе продолжим рассмотрение работы ИБП других устройств.

Начало документа

<<< Назад Титульный Глава 3 >>>

ККВ Страница создана 17.02.2004 г.