Изучаем системный источник питания (High Power HPC360).

Изучаем системный источник питания

(HighPowerHPC360).

 Рассматриваемый источник относится к типу ATX и имеет  заявленную выходную мощность 360Вт (рис. 1) . Стабильная работа данного блока питания обеспечивается применением в нем микрохемы ШИМ-контроллера SG6105D и активного стабилизатора коэффициента мощности (PFC).  Микросхема обеспечивает формирование управляющих импульсов для выходного каскада блока питания, формирует сигнал PG для запуска системного блока компьютера,  а также осуществляет контроль  за выходными шинами питания и защиту от перегрузки и перенапряжения на выходе блока питания и т.д.  Схема  управления терморегулятором производится в зависимости от потребляемой мощности. Принципиальная  схема блока питания приведена на рис. 2 и рис. 3.

Рис. 1.

Входные цепи.

Для обеспечения токовой защиты силовой части источ­ника питания, на основной плате имеется предохрани­тель F1. Ограничение пускового тока осуществляется терморезистором TR1. Заградительный фильтр импульсных помех образован конденсаторами СX1, СX2 и СY1, CY2 и  дросселем T1. Фильтр обеспечивает защиту источника питания как от синфазной, так и дифференциальной составляющей импульсных помех. Сетевой выпрямитель выполнен в виде диодной сборки D1 типа GBU806. Полупериоды выпрямленного напряжения сглаживаются конденсаторами С3, С4. Резисторы R3, R4, подключенные к С3, С4 параллельно, симметрируют напряжение на конденсаторах, а также создают цепь их разряда при вы­ключении источника питания.

Фильтрами выпрямленного на­пряжения являются два конденсатора 470 мкФ/200В, подключенные к выходу диодной сборки (позиционные обозначения этих конденсаторов на схеме не обозначе­ны). Два резистора R3 и R4, включенные параллельно этим конденсаторам, обеспечивают выравнивание на­пряжения на конденсаторах, т.е. обеспечивают симметрирование выпрямленного напряжения. Эти резисторы также создают цепь для разряда конденсаторов.

Рис. 2.

Рис. 3.

Источник дежурного питания.

Источник дежурного питания  предназначен для создания начального напряжения питания при запуске ШИМ-контроллера и формирования напряжения питания +5VSB для системной платы, когда компьютер на­ходится в «спящем» режиме и питания первичной обмотки согласующего трансформатора. Этот источник состоит из однотактного преобразователя, подключенного к выпрямителю первичной сети, и ста­билизатора вторичного напряжения.

Однотактный преобразователь автогенераторного типа выполнен на транзисторе Q10 (SSP2N60B). Постоянное напряжение с положительного вывода вып­рямителя через рабочую обмотку трансформатора Т4 подводится к стоку транзистора Q10.

Запуск транзистора, а значит и всего дежурного источника осуществляется пусковой цепью, состоящей из резистора R47 и стабилитрона  D23.Транизистор открывается  и в трансформаторе происходит процесс накопления энергии, в резуль­тате которого в обмотках Т4 наводятся ЭДС.

Цепь автогенерации образована конденсатором С33, резистором R39, диодом D22 и дополнительной обмоткой 6-5 трансформатора Т4. Обмотка положительной обратной связи является источником заряда конденсатора С33.

Защита транзистора Q10 от коммутационных выбросов, обусловленных индуктивностью рассеивания обмоток трансформатора Т4, и от превышения мгновенной мощности на стоке Q10 реализована в виде цепи демпфирования, состоящей из элементов: R46, С32, D21.

Управление силовым транзистором Q10 осуществляет транзистор Q9, на базу которого подаются сигналы от токового датчика и сигнал обратной связи.

Сигнал токовой защиты формируется датчиком тока, который выполнен резисторами R62, R62А. Превышение тока через этот резистор приводит к повышению напряжения на нем, открыванию Q9 и запиранию Q10.

                Сигнал обратной связи формируется оптроном U4 (LTV817BY), этот сигнал подается на базу Q9 через R50. Сигнал обратной связи, формируемый оптопарой, создается  управляющей микросхемой U3  с вывода 14 (FB1).

Коррекция коэффициента мощности.

В данном блоке питания применяется активный PFC  который представляет собой еще один импульсный источник питания. Активный PFC обеспечивает близкий к идеальному коэффициент мощности, он улучшает работу блока питания  и  дополнительно стабилизирует входное напряжение основного стабилизатора блока, в результате блок становится заметно менее чувствительным к понижению  сетевого напряжения.   В схему блока питания вместо сглаживающей емкости после диодного моста включен высокочастотный импульсный стабилизатор  повышающего типа, с  индуктивностью L1 на входе.  Управляющий ключ стабилизатора выполнен на двух транзисторах QF1, QF2, которые управляются от специализированного ШИM контроллера U1 (UCC3818N).  Частота переключения транзисторов задается внешней RC цепочкой (R1, C1)  подключаемой к выв. 14 и выв. 12 управляющей микросхемы..  В соответствии с принципом действия повышающего стабилизатора напряжения при включении транзисторов  QF1, QF2  через индуктивность L1 начинает протекать ток, который нарастает по линейному закону. При выключении транзисторов ток в индуктивности L1 начинает спадать по линейному закону, заряжая через диод D7 емкости фильтра С3, С4.  Схема активного корректора содержит в своем составе датчик выпрямленного входного напряжения (R21, R13), и датчик тока индуктивности L1 (R2, R19). Включение транзистора Q1 происходит в момент времени, когда напряжение на выходе датчика тока  становится равным нулю. Выключение транзисторов QF1, QF2 происходит в момент времени, когда линейно нарастающее напряжение с датчика тока становится равным изменяющемуся по синусоидальному закону напряжению с датчика выпрямленного напряжения. После выключения транзисторов ток в индуктивности начинает спадать, и при нулевом значении тока транзисторы вновь включаются. Далее процесс повторяется. Усредненный ток Icp в индуктивности оказывается синусоидальным по форме и почти совпадающим по фазе с выпрямленным напряжением см. рис.4. Таким образом, благодаря схеме корректора достигается высокое значение коэффициента мощности, около «1».

Рис. 4. Усредненная форма тока в индуктивности активного PFC.

Преобразователь.

Активными элементами преобразователя полумостового типа являют­ся транзисторы Q3, Q4. Защита преобразователя от «сквозных токов» со­здается диодами D10, D11, а также наличием «мертвой зоны» между управ­ляющими импульсами микросхемы U3. В диагональ моста включена ра­бочая обмотка трансформатора Т2 через разделительный конденсатор С5, устраняющий нежелательное несимметричное подмагничивание рабочей обмотки трансформатора. Режим работы транзисторов преобразователя задается резисторами R12, R13, R14, R15. Эле­менты С9, С10, D8, D9, R10, R11 предназначены для ускорения переход­ных процессов при переключениях Ш И М- контроллера и каскада управления реализованного на трансформаторе T3 и ключах Q1, Q2. Напряжение питания микросхемы U3 (вывод 20) поступает от вып­рямителя D26 вспомогательного источника питания.

Управляющая микросхема.

В блоке питания данного производителя применяется для управления силовым каскадом  микросхема ШИМ SG6105. Она выполняет одновременно функ­ции ШИМ-контроллера, супервизора напряжений и регулятора напряжений.

Основные функции данной микросхемы это:

1. Формирование выходных импульсов для управления двухтактным полумостовым преобразователем, с изменяющейся длительностью (ШИМ), которые следуют в противофазе  с площадкой "мертвой" зоны;

 2. обеспечение защиты от превышения выходных напряжений блока питания в каналах +3.3V, +5V и + 12V;

3. обеспечение защиты от короткого замыкания в нагрузке каналов +3.3V, +5Vи +12V;

4. обеспечение защиты от короткого замыкания в нагрузке канала -12V (и/или канала -5V);

5. обеспечение защиты от превышения питающего напряжения микросхемы и защиту от короткого

замыкания;

6. обеспечивает формирование сигнала PowerGood (питание в норме);

7. осуществляет контроль состояния сигнала удаленного управления - сигнала PS-ON и осуществляет запуск и выключение блока питания;

8. формирует временную задержку при включении и выключении блока питания;

9. обеспечивает "мягкий" старт при запуске блока питания;

10. осуществляет управление оптроном обратной связи в цепи дежурного источника.

                Микросхема SG6105 имеет 20-контакт­ный DIP-корпус, выводы микросхемы подключаются к соответствующим схемам блока питания. Назначение выводов микросхемы приведено в таблице 2, а основные параметры в табл. 1. Последовательность формирование сигналов на выводах будет рассмотрена далее.

       Таблиаца1. Основные параметры микросхемы.

        Таблица 2. Назначение выводов микросхем SG6105.

Рис.5. Структурная схема ШИМ контроллера SG6105.

Удаленное управление.

                Схема удаленного управления реализована в микросхеме SG6105. Схема контролирует состояние сигнала PSON, формируемого си­стемной платой персонального компьютера. Сам сигнал  подается на конт.1 микросхемы,  который является одним из входов внутреннего компаратора. Если сигнал активен низким уровнем «0»,  то внутренний  компаратор микросхемы U3 переключается (см. рис.5) и происходит запуск микросхемы.     После установки сигнала в низкий уровень, ШИМ импульсы на выходе микросхемы появляются через 7.5 мс. При установке же сигнала PSON в высокий уровень, микросхема выключается, и ШИМ импульсы не ее выходе пропадают через 26 мс. Временные задержки 7.5 и 26 мс обеспечиваются внутренним каскадом микросхемы.

Вторичные выпрямители.

Выходные выпрямители построены по двухполупериодной схеме.  Диодная сборка D31 обеспечивает получение выходного напряже­ния + 12 В. Элементы L6, L9, С40, С24 образуют сглаживающий фильтр этого напряжения. Выходное напряжение +5 В формируется диодными сбор­ками D29,D30. Сглаживающий фильтр образован элементами L6, L8, С20, С21. Отрицательнoе напряжения  -12 В формируются при помощи диодных выпрямителей D16, D17. Сглаживающий фильтр этого канала  образован L6, L7, C16. Выходной канал -5В формируется из напряжения -12В при помощи интегрального стабилизатора U1.  Стабилизация выходных напряжений осуществляется по сигналу обратной связи из каналов +5В и  +12В, суммарный сигнал подается на вывод 17 управляющей микросхемы U3.

Источник питания +3,3 В выполнен на стабилизаторе компенсацион­ного типа. В качестве выпрямителя используется диодная сборка D32. Роль регулирующего элемента выполняет транзистор Q7, ток базы ему задается сигналом от управляющей микросхемы U3.  Выходное напряжение источ­ника измеряется делителем R32, R29, R35 и подается на вывод 2 управляющей микросхемы.  Резисторы R27, R26, R61, R22 являются нагрузками холо­стого хода источников +12 В, +5 В, -5 В, -12 В, соответственно.

Схемы защиты  блока питания.

В блоке питания реализовано несколько схем защит. Первая из них,  это защита от превышения питающего напря­жения реализована с помощью внутреннего компаратора микросхемы U3 сравнивающего уровень сигнала ОРР {конт.4) с опорным напряжением 2.4В. Увеличение сигнала ОРР свыше 2.4В приводит к срабатыванию защиты с временной задержкой 7 мс, и выключению микро­схемы. Сигнал ОРР в блоке  питания снимается  со средней точки согласующего трансформатора  Т3, и через делитель R7, R6 прикладывается к конт.4 микросхемы SG6105.

Вторая схема защиты контролирует перенапряжение  и короткое замыкание в каналах +5В, +3.3B+12B, а также короткое замыкание в каналах -12В и -5В и питающее напряжение OPP. Контролируемые  уровни напряжений подаются на выводы микросхемы 2,3,4,6,7. Срабатывание любой из защит, приводит к формированию на выхо­де триггера защиты сигнала высокого уровня. Этим сигналом открывается  внутренний транзистор микросхемы (см. рис.5), коллектор которо­го соединен с "+" входом усилителя ошибки и с кон­тактом 18 (SS). Открывание транзистора приводит к установке низкого уровня на "+" входе усилителя ошибки, к блокировке ШИМ-компаратора,  и дальнейшему пропада­нию импульсов на выводах 8, 9. Триггер за­щиты управляется четырех-входовым элементом ИЛИ, на который подаются сигналы  от соответсвующих блоков защиты см. рис.5  В случае срабатывания любой из схем, сигналом с триггера защиты сбрасывается сигнал PG (вывод 10).

Третья схема защиты контролирует первичный ток блока питания. Контроль реализован через вывод 5 микросхемы (UVAC). Контроль выполняется путем анализа напряжения на вторичных обмотках силового транс­форматора, т.к. амплитуда напряжений на вторичных обмотках трансформатора прямопропорциональна величине тока его первичной обмотки. Импульсы вто­ричной обмотки силового трансформатора выпрямляются и через делитель R16, R17 по­даются на микросхему SG6105. Конденса­тор  С23 обеспечивает фильтрацию импульсов. Сигнал UVAC сравнивается внутрен­ним компаратором микросхемы с опорным напряже­нием 0.7В. Если напряжение UVAC становится ниже 0.7В в течение примерно 200 мкс, то сигнал PG пере­водится в низкий уровень.