41385 (Блок питания для компьютера, мощностью 350Вт, форм-фактор АТХ), страница 3

Коли крізь первинну обмотку 1-2 силового трансформатораТ1 протікає лінійно наростаючий струм на вторинній обмотці 3-4 діє ЕРС постійного рівня. Полярність ЕРС така що на виводі 3 присутній позитивний потенціал ЕРС відносно корпусу. На виводі 4 цей потенціал буде негативний. Тому протікає лінійно наростаючий струм по колу: 3 T1-верхній діод в діодной збірці VD9 – обмотка W1 дроселю групової стабілізації L5 – дросель L6 – конденсатор С12 – корпус 7 Т1.

Нижній діод збірки на цьому інтервалі зачинений негативною напругою на аноді, і струм крізь нього не протікає.

Окрім підзарядки конденсатора С12 відбувається передача енергії на вихід каналу (підтримується струм навантаження). На цьому же інтервалі часу в осерді дроселів L5 і L6, накопичується магнітна енергія.

Далі струм крізь первину обмотку силового трансформатору припиняється як результат закривання силового транзистору. ЕРС на вторинних обмотках зникає. Триває “мертва зона”. На цьому інтервалі енергія, збережена в дроселях L5, L6 передається в конденсатор С12 і в навантаження.

Цей струм лінійно спадаючий в часі. Далі відкривається другій силовий транзистор і крізь первинну обмотку Т1 починає протікати лінійно наростаючий струм зворотного напрямку. Тому полярність ЕРС на вторинних обмотках буде зворотною: на виводі 4 позитивний на виводі 3 негативний відносно корпусу. Тому на цьому інтервалі провідником буде нижній діод в діодній збірці VD9, а верхній її діод буде закритим. Струм крізь обмотку W1, L5 і L6 знову буде лінійно наростаючим і підзарядить конденсатор С12, а також буде підтримувати струм у навантаженні. Резистор R12 призначений для швидкого розрядження конденсатору C12 і інших допоміжних ємностей після вимикання ІБЖ для приведення всієї схеми БЖ в первинний стан.

Реалізація каналу в +3.3В дещо відрізняється від реалізації інших каналів. Для отримання напруги в +3.3В використана обмотка на 5В, напруга з якої перетворюється на мікросхемі TL431C з навісними елементами: R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23, VD14, C17, C18, VT3.

3.4 Стабілізація вихідних напруг ІБЖ.

Схема стабілізації вихідних напруг в ІБЖ уявляє собою замкнуту петлю автоматичного регулювання. Ця петля включає в себе:

схему керування;

узгоджувальний предпідсилюючий каскад;

керуючий трансформатор;

силовий каскад;

силовий імпульсний трансформатор;

випрямляючий блок;

дросель міжканального зв’язку;

блок фільтрів;

дільник напруги зворотного зв’язку;

дільник опорної напруги.

В складі схеми керування є наступні функціональні вузли:

- підсилювач сигналу раз узгодження з колом корекції;

- ШІМ – компаратор;

- генератор пилкоподібної напруги;

- джерело опорної стабілізованої напруги.

В процесі роботи підсилювач сигналу разузгодження порівнює вхідний сигнал дільника напруги з опорною напругою дільника Підсилений сигнал разузгодження поступає на широтно-імпульсний модулятор який керує прикінцевим каскадом підсилювача потужності, який, в свою чергу, подає модульований керуючий сигнал на силовий каскад перетворювача через керуючий трансформатор Т2. Живлення силового трансформатору здійснюється по без трансформаторній схемі. Змінна напруга мережі випрямляється сітьовим випрямлячем і подається на силовий каскад, де згладжується конденсаторами ємнісної стоїки. Частина вихідної напруги стабілізатора порівнюється с постійною опорною напругою і потім здійснюється підсилення отриманої різниці(сигналу разузгодження) з введенням відповідної компенсації. Широтно – імпульсний модулятор перетворює аналоговий сигнал керування в широтно – модульований сигнал з змінним коефіцієнтом заповнення імпульсу.

Схема модулятора здійснює порівняння сигналу, який поступає з виходу підсилювача сигналу разузгодження з пилкоподібною напругою, яку отримують з спеціального генератора.

Динаміка процесу стабілізації наступна.

Хай під дією будь якого дестабілізуючого фактору вихідна напруга в каналі +5В зменшилась. Тоді зменшиться рівень сигналу зворотного зв’язку на неінвертуючий вхід підсилювача помилки. Відповідно, вихідна напруга підсилювача зменшиться. Тому збільшиться ширина вихідних імпульсів мікросхеми на виводах 8 і 11. Тобто збільшиться час відкритого стану за період силових ключових транзисторів інвертора. Відповідно, більше ніж раніше, частину періоду в осерді трансформатора буде існувати наростаючий магнітний потік, а значить, довше, чим раніше, на вторинних обмотках цього трансформатору будуть діяти наведені цим потоком ЕРС. Тому збільшується постійна складова, яка виділяється згладжуючим фільтром з імпульсної послідовності після випрямлення, тобто вихідна напруга каналу +5В збільшиться, повертаючись до номінального значення.

При збільшенні вихідної напруги +5В процес будуть зворотнім.

Стабілізація вихідних напруг інших каналів здійснюється шляхом групової стабілізації. Для цього в схему блоку вмикається спеціальний елемент між канального зв’язку, в якості якого зазвичай використовують багатообмоточний дросель.

При цьому зміна будь якої вихідної напруги приводить завдяки електромагнітного зв’язку між обмотками дроселя групової стабілізації к відповідній зміні вихідної напруги +5В с послідуючим вмиканням механізму ШІМ. Дросель групової стабілізації уявляє собою п’ять обмоток (по одній обмотці в кожному вихідному каналі БЖ), намотаних на одне феритове осердя і яки ввімкнені синфазно. В цьому випадку дросель в схемі виконує дві функції:

функцію згладжування пульсацій випрямленої напруги – при цьому кожна обмотка для свого каналу уявляє згладжу вальний дросель фільтру і працює як звичайний дросель;

функцію між канального зв’язку при груповій стабілізації – при цьому завдяки електромагнітному зв’язку крізь осердя дросель працює як трансформатор, який передає зміну величини зміни струмів, яки протікають крізь обмотки каналів +12В, -12В, -5В, +3.3В в обмотку +5В.

Така побудова гарантує забезпечення стійкої роботи ІБЖ, що є необхідною умовою його нормального функціювання.

3.5 Схема виробки сигналу PG (Power Good).

Наявність сигналу PG є обов’язковим для будь якого блоку живлення, який відповідає стандарту IBM.

Схема виробки сигналу PG має дві функції:

перша функція – це затримка появи сигналу PG високого рівня при вмиканні ІБЖ, який дозволяє запуск;

друга функція – це функція упередженого переходу сигналу PG в неактивний низький рівень, який забороняє роботу процесору при вимиканні ІБЖ, а також в випадках виникання різноманітного роду аварійних обставинах, перш ніж почне зменшуватись напруга яка живить цифрову частину системного модулю.

В якості базового елементу при побудові схеми використана мікросхема типу LM393. Мікросхема уявляє собою компаратор напруг.

Розрахунок на працездатність схеми.

Робота імпульсного джерела живлення дуже сильно залежить від того, на скільки точно виконаний розрахунок трансформатору. Навіть невелике відхилення його параметрів від оптимальних для конкретного джерела живлення може привести к зменшенню ККД і погіршенню характеристик. Враховуючи важливість цього елементу схеми розрахуємо його параметри.

Розрахунок.

1. Визначимо потужність яку використовує трансформатор.

,

де - потужність яку споживає навантаження (

).

2. Задамося габаритною потужністю , щоб підібрати магнітне осердя для трансформатору. Магнітне осердя підбираємо виходячи з умови що

.

,

де - площа перетину магнітного осердя;

- площа вікна магнітного осердя;

- мінімальна робоча частота(

);

- магнітна індукція в магнітному осерді(

);

- коефіцієнт заповнення вікна дротом (

);

Вибираємо із довідника осердя М2000 НН.

3. Визначимо напругу на первинній обмотці, яка для схеми з полумостовим інвертором складає 310В.

4. Визначимо кількість витків первинної обмотки.

5. Знайдемо максимальний струм первинної обмотки і діаметр проводу.

6. Визначимо кількість витків вихідної обмотки і діаметр проводу.

4.Розробка конструкції приладу.

Для розробки моделей можливих конструкцій БЖ треба об’єктивно проаналізувати всі вихідні данні, виділити серед них найбільш важливі яки мають найбільший вплив на надійність та стабільність роботи блоку і виходячи з цих міркувань розробити конструкції які в максимальній мірі задовольняють цім вимогам.

При розробці конструкції БЖ на його форму певні обмеження накладає стандарт розроблений фірмою IBM і яки є наступними:

висота: 86мм;

ширина: 140мм;

довжина: 150мм;

місце для виводу провідників;

місце для розмикача мережі;

місце для вимикача.

Тому зменшення габаритів, або зміна місця розміщення органів керування, входу/виходу блоку є неможливим. Це в свою чергу накладає певні обмеження на оформлення друкованої плати (ДП).

Відомо що ККД радіоелементів не великий тому частина енергії виділяється в якості тепла яке необхідно відводити з корпусу. Також варто відмітити що БЖ працює в складі системного модулю і він мусить відводити нагріте повітря від центрального процесору та інших елементів яки знаходяться в середині корпусу модуля. Ця умова ставить важливу задачу по забезпеченню надійної роботи БЖ – забезпеченню теплового режиму РЕЗ.

Враховуючи те що ІБЖ є джерелом імпульсних завад, необхідно забезпечити електромагнітне екранування схеми БЖ.

І самою головною задачею на етапі конструювання для забезпечення конкурентоспроможності виробу, є проблема досягнення низької собівартості розроблювальної конструкції, при одночасному зберіганні всіх показників.

Виходячи з вищевказаних вимог і міркувань можна скласти в порядку зменшення важливості принципів яких треба дотримуватись при конструюванні комп’ютерного ІБЖ:

забезпечення електричної безпеки при експлуатації;

забезпечення теплового режиму;

забезпечення електромагнітної сумісності;

забезпечення низького рівня шуму;

забезпечення технологічності;

забезпечення ремонтопридатності;

забезпечення низької собівартості.

Розробимо три варіанти конструкції.

Конструкція №1 уявляє собою блок в якому застосований один вентилятор розміром 80 мм який працю на видув повітря з корпусу блока живлення. Корпус блока живлення має перфорації. Ця конструкція має наступні особливості. По перше з метою достатнього охолодження елементів яки сильно нагріваються, з розрахунку на масу повітря яку повинен вентилятор прокачати крізь корпус, необхідно використати вентилятор з великою кількістю оборотів, в якого лопати зігнуті під великим кутом. По друге треба застосувати перфоровані отвори.

До позитивних якостей такої конструкції можна віднести: