Основными причинами отказов источников вторичного электропитания яв-ляются не только катастрофическое отказы элементов, но также неправильно за-данные требования к качеству входных (питающих) и выходных напряжений, ошибки, допущенные при выборе схемы и при проектировании отдельных узлов, некачественное изготовление источников вторичного электропитания и неправиль-ная эксплуатация.

Обеспечение надежности ИВЭП, заложенное на этапе разработки, сводится к следующим основным положениям:

тщательному обоснованию выбора структурной схемы;

обоснованному выбора элементной базы с достаточно высоким запасом по
предельным режимам и параметрам;

разработке конструкции, обеспечивающей хороший теплоотвод и легкий
доступ к отдельным узлам и элементам;

проведение всесторонних испытаний макетов по климатическим и механи-
ческим воздействиям.

Выбор структурной схемы источника вторичного электропитания должен производиться с учетом требований надежности. При разработке должны преду-сматриваться необходимые устройства защиты, которые не участвуют в работе ИВЭП, а только обеспечивают повышение надежности. В их функцию входит:

защита силовых элементов - транзисторов, диодов, тиристоров и др.;

защита источника вторичного электропитания от коротких замыканий или
полного отключения нагрузки;

защита от возможных повышений или понижений питающих (входных) на-
пряжений;

защита нагрузки от возможных повышений или понижений выходных на-

пряжений;

- защита от повышения температуры окружающей среды.

Выбор элементной базы в наибольшей мере влияет на надежность источника вторичного электропитания. Используемые элементы должны проходить трениров-ку пред установкой в источник вторичного электропитания. На используемые эле-менты устанавливают максимальные коэффициенты нагрузки не более 70-80% от предельно допустимых значений.

Конструкция источника вторичного электропитания должна обеспечивать хо-роший теплоотвод от нагревающихся элементов: транзисторов, диодов, трансфор-маторов и не допускать нагрев других элементов от нагревающихся элементов.

С целью обеспечения ремонтопригодности конструкции источника вторично-го электропитания должна обеспечивать легкий доступ ко всем элементам. Распо-ложение элементов должно быть таким, чтобы не вызвать повреждение питаемого устройства.

Лабораторные испытания макетов помогают вскрыть недостатки, которые не были учтены при разработке схемы и конструкции источника вторичного электро-питания. Основная задача испытания макета - это обнаружение слабых мест в схе-ме и конструкции. Поэтому перед проведением испытаний составляют программу, в которой предусматривают проверку всех схем защиты и влияние различных клима-тических и механических воздействий.

1.4 Блоки питания видеомониторов

За исключением компьютеров с батарейным питанием все остальные компь-ютеры получают питание от сети. Независимо от входной сети блок питания дол-жен преобразовывать ее в напряжения, необходимые для работы внутренних уст-ройств.

Внутри компьютера и мониторы питающие напряжения подаются на микро-схемы, операционные усилители, дискретные транзисторы и другие компоненты.

Для микросхем требуются напряжения +5 и -5 В, а для операционных усили-телей и дискретных транзисторов +12 и -12 В. Напряжения должны быть стабили-

зированы. Кроме того, блок питания должен обеспечивать ток, необходимый для работы. В мониторах требуются напряжения +5 В для микросхем, 12 В - для опера-ционных усилителей и транзисторов, а также напряжения от 100 до 100 В - для схем развертки и электронно-лучевой трубки, фокусирующие напряжения для не-которых электронно-лучевых трубок составляет +500 В. Анодные напряжения со-ставляют 10-15 кВ для монохроматических электронно-лучевых трубок и до 30 кВ для цветных. Практически все эти напряжения постоянного тока.

Большой частью блок питания компьютера является автономным устройст-вом. Блоки питания оформляются в отдельных корпусах, которые крепятся к шасси и соединяются с материнской платой.

Имеются две разновидности блоков питания - обычные и импульсные. Ста-рые обычные блоки питания после включения без всякой проверки подают напря-жение в компьютер. Импульсный блок питания при включении проверяет наличие нагрузки, т.е. схем, на которое подается питание. Если нагрузка отсутствует или не-правильна, блок питания отключается. Блоки питания должны не только формиро-вать напряжения постоянного тока, но и стабилизировать их.

Как правила блоки питания для периферийных устройств (монитор, принтер и т.д.) строятся на основе однотактового обратноходового регулируемого стабилизи-рующего преобразователя. Это связано с тем, что для питания компьютера нужна большая мощность, а для питания периферийных устройств - значительно меньшая, что и явилось причиной выбора таких структур построения преобразователей.

На схеме 1 представлена базовая схема однотактового обратноходового авто-генераторного нерегулируемого преобразователя, включающая в себя: силовой транзистор Q1; трансформатор Т1 с первичной обмоткой W1, базовой обмоткой W2, выходной обмоткой W3; выпрямительный диод Д2; сглаживающий конденса-тор С1; базовый резистор R1; цепь запуска на резисторе R2; диод, защищающий эммитерный переход от недопустимых обратных напряжений.

Сердечник трансформатора выполняется из материала с узкой петлей гисте-резиса и с большим линейным участком зависимости индукции от напряженности.

Схема работает следующим образом.

Рис. 1

При подаче напряжения питания через резистор смещения R2 начинает про-текать начальный ток транзистора Q1. Это приводит к появлению коллекторного тока, протекающего по обмотке W1.

Благодаря электромагнитной связи (между обмотками W1 и W2) на обмотке W2 наводится ЭДС, приводящая к увеличению базового тока транзистора Q1 и его большему отпиранию. Таким образом, благодаря устройству обратной связи между W1 и W2 начинается лавинообразный процесс открывания Q1. продолжительность этого процесса - доли микросекунды. После полного открывания транзистора Q1 начинается этап накопления энергии в магнитном поле сердечника трансформатора Т1, при этом все напряжение питания практически приложено к обмотке W1, и процессы в этой обмотке происходят в соответствии с законом электромагнитной индукции.

Начинается практически линейное нарастание тока коллектора равного току первичной обмотки. В течение этого интервала энергия со вторичной обмотки W3 в нагрузку не передается благодаря отсекающему действию диода Л1, а поддержание напряжения на нагрузке обеспечивается энергией накопленной в конденсаторе С1. На протяжении этого процесса транзистор Q1 насыщен.

BxIE>IKj

где: В - коэффициент передачи транзистора по току; 1Б - ток базы; 1К -- ток коллектора.

В конце интервала накопления энергии это неравенство переходит в равенст-во, т.к. транзистор выходит в активную область и увеличение тока коллектора пре-кращается. Следовательно, прекращается изменение индукции в сердечнике. В со-ответствии с законом электромагнитной индукции это приводит к тому, что на всех обмотках, в том числе и на базовой, напряжение становится равным нулю и начина-ется процесс запирания Q1. Это, в свою очередь приводит к тому, что полярность напряжения во всех обмотках изменяет знак и начинается этап передачи накоплен-ной энергии в нагрузку. После того, как накопленная энергия полностью передается в нагрузку, напряжение на всех обмотках станет равным нулю, и далее все процес-

сы в схеме повторяются. Такой режим работы этой схемы является автогенератор-ным потому, что схема сама для себя выбирает моменты переключения. Основными недостатками данной схемы являются:

амплитуда тока коллектора зависит от его коэффициента усиления и может
превысить предельно допустимое значение и привести к выходу прибора из строя;

наличие индуктивного рассеивания обмоток реального трансформатора при-
водит к возникновению значительных перенапряжений на коллекторе Q1, которые
могут стать причиной выхода прибора из строя;

значительное недоиспользование сердечника трансформатора, который пе-
ремагничивается по частной петле гистерезиса;

возможность пробоя эммитерного перехода.

Первый недостаток можно устранить способами, гарантированно обеспечи-вающими отключение Q1 при заданном токе коллектора. Один из них представлен на схеме. Благодаря наличию транзистора Q2 и наличию резистивного датчика тока R3 величина максимального тока коллектора определяется из соотношения:

IK=U0/R3t

где: Uо - пороговое напряжение эммитерного перехода Q2.

Пути устранения второго недостатка достигается применением демпфирую-щих R, С, D цепей.

Принцип действия заключается в том, что энергия, накопленная в индуктив-ности рассеивания. Расходуется на заряд конденсатора С1 через диод Д1, тем са-мым снимая импульсное перенапряжение с транзистора Q1. Резистор R4 предна-значен для разряда конденсатора с целью его подготовки к следующему моменту отключения Q1.

Третий недостаток является принципиально присущим этому классу преобра-зователей и никакими средствами не может быть устранен.

Четвертый недостаток устраняется включением защитного диода параллельно эммиторному переходу Q1. Рассмотренный преобразователь является нерегулируе-мым и поэтому в таком виде без дополнительных цепей регулирования не может быть использован в стабилизирующих блоках питания, регулирование может быть

осуществлено следующими способами:

за счет регулирования времени паузы между предыдущим этапом передачи
энергии и последующим процессом накопления энергии;

за счет регулирования величины накопленной энергии, т.е. регулируется ве-
личина коллекторного тока Q1;

либо методом ТПИМ с постоянной частотой переключений.

Следует иметь ввиду, что при первых двух способах регулирования изменяет-ся частота работы преобразователя, а при последнем способе частота преобразова-теля неизменна, что в ряде случаев бывает необходимо.

Достоинствами данного класса преобразователей является:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7