Алгоритм - Учебный центр

Версия сайта для слабовидящих
Заполните форму ниже! Мы вам перезвоним!

Нажав на кнопку "Отправить", Я даю своё согласие на автоматизированную обработку указанной информации, распространяющейся на осуществление всех действий с ней, включая сбор, передачу по сетям связи общего назначения, накопление, хранение, обновление, изменение, использование, обезличивание, блокирование, уничтожение и обработку посредством внесения в электронную базу данных, систематизации, включения в списки и отчетные формы.


Основные принципы работы импульсного блока питания.

Основные принципы работы импульсного блока питания.

Импульсные блоки питания (ИБП) на сегодняшний день получили самое широкое распространение и с успехом используются во всех современных радиоэлектронных устройствах. Материал данной статьи поможет понять основные принципы работы и назначение основных компонентов ИБП. В основе работы любого ИБП заложен один и тот же основной принцип, который заключается в преобразовании сетевого переменного напряжения (220В, 50 Гц) в переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы, которое трансформируется до требуемых значений, выпрямляется и фильтруется.

Преобразование переменного напряжения в импульсное высокочастотное напряжение прямоугольной формы осуществляется с помощью импульсного трансформатора и мощного транзистора, работающего в режиме ключа в цепи первичной обмотки импульсного трансформатора, вместе образующих схему ВЧ преобразователя. Что касается схемного решения, то здесь возможны два варианта построения преобразователей:
- по схеме импульсного автогенератора (например, такой использовался в ИБП телевизоров);
- по схеме с внешним управлением (используется в большинстве современных радиоэлектронных устройств). 
Обычно частота преобразователя выбирается от 18 до 50 кГц, поэтому импульсный трансформатор и весь блока питания достаточно компактны, что является важным параметром для современной радиоэлектронной аппаратуры. На рис. 1. показан пример упрощенной схемы импульсного преобразователя с внешним управлением.

QIP Shot - Image: 2016-07-13 13:00:03

Рис. 1. Упрощенная схема импульсного преобразователя с внешним управлением (Uпит, Rзащ , Cф).

 Преобразователь выполнен на транзисторе VT1 и трансформаторе Т1. Сетевое напряжение через сетевой фильтр (СФ) подается на сетевой выпрямитель (СВ), где оно выпрямляется, фильтруется конденсатором фильтра Сф и через обмотку W1 трансформатора Т1 подается на коллектор транзистора VT1. При подаче в цепь базы транзистора прямоугольного импульса, транзистор открывается и через него протекает нарастающий ток Iк. Этот же ток будет протекать и через обмотку W1 трансформатора Т1, что приведет к тому, что в сердечнике трансформатора увеличивается магнитный поток, при этом во вторичной обмотке W2 трансформатора наводится ЭДС самоиндукции. В конечном итоге на выходе диода VD появиться положительное напряжение. При этом если мы будем увеличивать длительность импульса приложенного к базе транзистора VT1, во вторичной цепи будет увеличиваться напряжение, т.к. энергии будет отдаваться больше, а если уменьшать длительность, то напряжение будет уменьшаться. Таким образом, изменяя длительность импульса в цепи базы транзистора, мы можем изменять выходные напряжения вторичной обмотки Т1, а, следовательно, осуществлять стабилизацию выходных напряжений БП. Единственное что для этого необходимо - это схема, которая будет формировать импульсы запуска и управлять их длительность (широтой). В качестве такой схемы используется ШИМ-контроллер.

ШИМ (широтно-импульсная модуляция) - это способ кодирования аналогового сигнала путём изменения ширины (длительности) прямоугольных импульсов несущей частоты. На рис. 2 представлены типичные графики ШИМ-сигнала (А, Б, В). Так как при ШИМ частота импульсов, а значит, и период T, остаются неизменными. При уменьшении длительности (ширины импульса) t увеличивается пауза между импульсами (см. вариант "Б" на рис. 2) и, наоборот, при расширении импульса пауза сужается (вариант "В" на рис. 2).

QIP Shot - Image: 2016-07-13 13:00:41
Рис. 2. Зависимость напряжения от скважности ШИМ-сигнала.

 Режим ШИМ. Широтно-импульсная модуляция (рис. 3) заключается в генерировании сигнала с программируемыми частотой и коэффициентом заполнения. Для этого, например, необходимо загрузить в регистры сравнения R-1 и R-2 значения, равные количеству машинных циклов, в течение которых сигнал на выходе таймера равен "0" и "1" соответственно. Таким образом, содержимое регистра R-1 определяет длительность сигнала низкого уровня, а содержимое регистра R-2 - длительность сигнала высокого уровня на выходе таймера (рис. 3).

QIP Shot - Image: 2016-07-13 13:01:20
Рис. 3. Пример формирования ШИМ-сигнала.

 Сначала счетчик инициализируется значением 0000h. Затем содержимое счетчика инкрементируется до тех пор, пока не станет равным содержимому регистра R-1. В этот момент генерируется прерывание (если оно разрешено), изменяется уровень на выходе таймера, а в счетчик вновь записывается значение 0000h. Во втором цикле содержимое счетчика инкрементируется до тех пор, пока не станет равным содержимому регистра R-2. В этот момент генерируется прерывание (если оно разрешено), изменяется уровень на выходе таймера, а в счетчик вновь записывается значение 0000h. Описанный процесс постоянно повторяется с поочередным использованием регистров R-1 и R-2. Значения, записанные в регистрах R-1 и R-2, определяют коэффициент заполнения и период, а, следовательно, и частоту выходного сигнала. Если в регистрах R-1 и R-2 записано одно и то же число, на выходном контакте таймера будет присутствовать сигнал меандра, имеющий коэффициент заполнения, равный 50%. Если в момент записи в регистр R-1 значение таймера больше, чем записываемое, а на выходе таймера низкий уровень (т.е. таймер считает до совпадения с R-1), то таймер досчитает до FFFFh и затем до нового значения R-1, сохраняя на выходе низкий уровень. Аналогичная ситуация будет и при обновлении R-2, только на выходе таймера сохранится высокий уровень.

Если сигнал ШИМ пропустить через фильтр низших частот (RC цепочку), то уровень постоянного напряжения на выходе фильтра будет определяться скважностью импульсов ШИМ. Назначение фильтра - не пропускать несущую частоту ШИМ. Сам фильтр может состоять из простейшей интегрирующей RC цепи, или же может отсутствовать вовсе, например, если оконечная нагрузка имеет достаточную инерцию. Таким образом, имея в расположении лишь два логических уровня, "единицу" и "ноль", можно получить любое промежуточное значение аналогового сигнала. В состав ШИМ-контроллера входят следующие схемы:
- задающий генератор импульсов (определяющий частоту работы преобразователя);
- схемы защиты;
- схемы контроля,
- логическая схема, которая управляет длительностью импульса.
Для стабилизации выходных напряжений ИБП, схема ШИМ-контроллера должна контролировать величину выходных напряжений. Для этих целей используется цепь слежения (или цепь обратной связи), выполненная на оптопаре U1 и резисторе R2 (рис. 1).


Лицензия