Pradžia: Maitinimo blokai TL494

Ремонт Блока Питания ATX персонального компьютера

Общие рекомендации по ремонту блоков питания (БП) ATX персональных компьютеров.

Выполнение данных работ требуют знания и соблюдения норм техники безопасности при работе с силовыми цепями, имеющими потенциалы опасные для жизни человека.
Большинство цепей БП находятся под напряжением сети, перед поиском неисправности отключите БП от сети и разрядите высоковольтные конденсаторы в фильтре!
Для того чтобы обезопасить себя от поражения электрическим током при отладке и тестировании рекомендуется подключать ремонтируемый блок в сеть через разделительный трансформатор.
Чтобы исключить порчу силовых транзисторов ремонтируемый БП рекомендуется включать через лампу 220V-60W(100W), которую можно подключить вместо сетевого предохранителя или в разрыв питающего шнура.
Желательно также зашунтировать цепи +310V резистором 75-100 кОм мощностью 2W – при выключении у вас будут быстрее разряжаться входные конденсаторы.
Когда плата вынута из блока, проверьте, нет ли под ней металлических предметов.
На радиаторах силовых транзисторов может присутствовать более 300V, поэтому ни в коем случае не трогайте руками плату и не касайтесь радиаторов во время работы блока, а после выключения подождите, пока разрядятся конденсаторы.
Обратите внимание, что на корпус БП земля с платы подаётся через проводники отверстий для крепежных винтов. При измерении напряжений в высоковольтной части блока (на силовых транзисторах, в дежурке) за «общий» провод принимается минус диодного моста и входных конденсаторов.
Все измерения в высоковольтной части производятся относительно этого провода.

Внутреннее устройство блока питания ATX PC

Блок питания формата ATX в большинстве случаев использует двухтактный полумостовой инвертор, работающий на частоте в несколько десятков килогерц. Инвертор состоит из генератора импульсов с промежуточным каскадом усиления мощности и мощного выходного каскада, нагруженного на высокочастотный силовой трансформатор.
Выходные напряжения получают с помощью выпрямителей, подключенных к вторичным обмоткам этого трансформатора. Стабилизация напряжений производится с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) импульсов, генерируемых инвертором, обычно это один или два выходных канала, как правило, +5V и +12V.

Широко распространённая схема импульсного источника питания состоит из следующих частей:
• Входного фильтра, предотвращающего распространение импульсных помех в питающую сеть. Также, входной фильтр предотвращает повреждение входного выпрямительного моста током заряда электролитических конденсаторов при включении БП в электрическую сеть.
• Входного выпрямительного моста, преобразующего переменное напряжение в постоянное пульсирующее.
• Фильтра, сглаживающего пульсации выпрямленного напряжения
• Полумостового преобразователя на транзисторах
• Цепей управления преобразователем и защиты компьютера от превышения/снижения питающих напряжений.
• Импульсного высокочастотного трансформатора, который служит для формирования необходимых номиналов напряжения, а также для гальванической развязки цепей (входных от выходных, а также, при необходимости, выходных друг от друга). Пиковые напряжения на выходе высокочастотного трансформатора пропорциональны входному питающему напряжению и значительно превышают требуемые выходные.
• Выходные выпрямители. Положительные и отрицательные напряжения (5V и 12V) используют одни и те же выходные обмотки трансформатора, с разным направлением включения диодов выпрямителя. Для снижения потерь, по цепи 5V используют диоды Шоттки, обладающие малым прямым падением напряжения.
• Дросселя выходной групповой стабилизации. Дроссель сглаживает импульсы, накапливая энергию между импульсами с выходных выпрямителей. Вторая его функция — перераспределение энергии между цепями выходных напряжений. Так если по какому-либо каналу увеличится потребляемый ток, что снизит напряжение в этой цепи, дроссель групповой стабилизации как трансформатор снизит напряжение по другим цепям. Цепь обратной связи обнаружит снижение выходных цепей, увеличит общую подачу энергии, и восстановит требуемые значения напряжений.
• Выходных фильтрующих конденсаторов. Выходные конденсаторы, вместе с дросселем групповой стабилизации интегрирует импульсы, тем самым получая необходимые значения напряжений, которые значительно ниже напряжений с выхода трансформатора
• Цепи обратной связи, которая поддерживает стабильное напряжение на выходе блока питания.
• Отдельного маломощного блока питания +5 Вольт дежурного режима на дискретных элементах или TOPSwitch. Данный источник питания выполнен в виде обратноходового преобразователя.

Сетевой выпрямитель

Как правило, этот узел выполняют по схеме, показанной на рисунке, различия лишь в типе выпрямительного моста VD1 и в количестве защитных и предохранительных элементов.

Контакты выключателя S1 (разомкнутые) соответствует питанию блока от сети 220...230V, выпрямитель — мостовой, напряжение на его выходе (конденсаторы С4, С5) близко к амплитуде сетевого.
Резисторы R1, R4 и R5 предназначены для разрядки конденсаторов выпрямителя после его отключения от сети, кроме того они выравнивают напряжения на конденсаторах С4 и С5. Терморезистор R2 с отрицательным температурным коэффициентом ограничивает амплитуду броска тока зарядки конденсаторов С4, С5 только в момент включения блока.
Варистор R3 защищает от выбросов сетевого напряжения максимальной амплитуды.
Конденсаторы С1—СЗ и дроссель L1 образуют фильтр, защищающий компьютер от проникновения помех из сети, а сеть — от помех, создаваемых самим компьютером.

Мощный каскад инвертора

Импульсы, сформированные узлом управления, через трансформатор Т1 поступают на базы транзисторов VT1 и VT2, поочередно открывая их. Диоды VD4, VD5 защищают транзисторы от напряжения обратной полярности. Выходные напряжения получают выпрямляя снятые с вторичных обмоток трансформатора Т2. Один из выпрямителей (VD6, VD7 с фильтром L1C5) показан на схеме выше.
Большинство мощных каскадов БП отличаются лишь типом транзисторов, которые могут быть, например, полевыми или содержать встроенные защитные диоды. Существует несколько вариантов исполнения базовых цепей (для биполярных) или цепей затвора (для полевых транзисторов) с разным числом, номиналами и схемами включения элементов. Например, резисторы R4, R6 могут быть подключены непосредственно к базам соответствующих транзисторов.

На рисунке показана часть схемы БП, где в рабочем режиме узел управления инвертором питают выходным напряжением БП, но в момент включения оно отсутствует.
Один из основных способов получить необходимое для пуска инвертора напряжение питания в представленной на рисунке схеме выглядит так:
Сразу после включения блока выпрямленное сетевое напряжение поступает через резистивный делитель R3—R6 в базовые цепи транзисторов VT1 и VT2, приоткрывая их, причем диоды VD1 и VD2 предотвращают шунтирование участков база—эмиттер транзисторов обмотками II и III трансформатора Т1.
В это же время происходит зарядка конденсаторов С4, С6 и С7, причем ток зарядки конденсатора С4, протекая по обмотке I трансформатора Т2 и по части обмотки II трансформатора Т1, наводит в обмотках II и III напряжение, открывающее один из транзисторов и закрывающее другой.
Какой из транзисторов закроется, а какой — откроется, зависит от асимметрии характеристик элементов каскада.
В результате действия положительной ОС процесс протекает лавинообразно, а наведенный в обмотке II трансформатора Т2 импульс через один из диодов VD6, VD7, резистор R9 и диод VD3 заряжает конденсатор СЗ до напряжения, достаточного для начала работы узла управления. В дальнейшем он питается по той же цепи, а выпрямленное диодами VD6, VD7 напряжение после сглаживания фильтром L1C5 поступает на выход +12V БП.
Данный вариант цепей начального запуска может, отличается тем, что напряжение на делитель, аналогичный R3—R6, подают от отдельного однополупериодного выпрямителя сетевого напряжения с конденсатором фильтра небольшой емкости. В результате транзисторы инвертора приоткрываются раньше, чем зарядятся конденсаторы фильтра основного выпрямителя (С6, С7, см. рис.), что обеспечивает более уверенный запуск.

Выходные выпрямители

На рисунке показана типовая схема четырехканального выпрямительного узла БП. Чтобы не нарушать симметрии перемагничивания магнитопровода силового трансформатора выпрямители строят только по двухполупериодным схемам, причем мостовые выпрямители, для которых характерны повышенные потери, почти не применяют.
Главная особенность выпрямителей в БП — сглаживающие фильтры, начинающиеся с индуктивности (дросселя).

Напряжение на выходе выпрямителя с подобным фильтром зависит не только от амплитуды, но и от скважности (отношения длительности к периоду повторения) поступающих на вход импульсов.
Это дает возможность стабилизировать выходное напряжение, изменяя скважность входного напряжения.
Применяемые во многих других случаях выпрямители с фильтрами, начинающимися с конденсатора, подобным свойством не обладают. Процесс изменения скважности импульсов обычно называют ШИМ — широтно-импульсной модуляцией.
Так как амплитуда импульсов, пропорциональная напряжению в питающей сети, на входах всех имеющихся в блоке выпрямителей изменяется по одинаковому закону, стабилизация с помощью ШИМ одного из выходных напряжений стабилизирует и все остальные.
Чтобы усилить этот эффект, дроссели фильтров L1.1—L1.4 всех выпрямителей намотаны на общем магнитопроводе. Магнитная связь между ними дополнительно синхронизирует происходящие в выпрямителях процессы. Для правильной работы выпрямителя с L-фильтром необходимо, чтобы ток его нагрузки превышал некоторое минимальное значение, зависящее от индуктивности дросселя фильтра и частоты импульсов. Эту начальную нагрузку создают резисторы R4—R7, подключенные параллельно выходным конденсаторам С5—С8.
Они же служат для ускорения разрядки конденсаторов после выключения БП.
Для устранения опасных выбросов напряжения, возникающих в обмотках трансформатора на фронтах импульсов, предусмотрены демпфирующие цепи R1C2, R2C3.

Узел управления

Большинство блоков построены на базе микросхемы ШИМ контроллера TL494CN или ее модификаций IR3M02, uА494, КА7500, МВ3759 и т.д., TL594 - аналог TL494 с улучшенной точностью усилителей ошибки и компаратора.
Основная часть схемы и элементы внутреннего устройства упомянутой микросхемы показаны на рисунке.


Микросхема TL494/5 включает в себя усилитель ошибки, встроенный регулируемый генератор, компаратор регулировки мертвого времени, триггер управления, прецизионный ИОН на 5V и схему управления выходным каскадом. Усилитель ошибки выдает синфазное напряжение в диапазоне от –0,3…(Vcc-2) V. Компаратор регулировки мертвого времени имеет постоянное смещение, которое ограничивает минимальную длительность мертвого времени величиной порядка 5%. Независимые выходные формирователи на транзисторах обеспечивают возможность работы выходного каскада по схеме с общим эмиттером либо по схеме эмиттерного повторителя.
Частота генератора пилообразного напряжения G1, определяется номиналами внешних компонентов R8 и СЗ подключенных к 5-му и 6-му выводам и обычно выбирается равной примерно 60 кГц.
Напряжение с генератора пилообразного напряжения G1 поступает на два компаратора A3 и А4, выходные импульсы которых суммирует элемент ИЛИ D1. Далее импульсы через элементы ИЛИ-НЕ D5 и D6 подают на выходные транзисторы микросхемы V3, V4.
Импульсы с выхода элемента D1 поступают также на вход триггера D2, и каждый из них изменяет состояние триггера. Таким образом, если на вывод 13 микросхемы подана логическая «1» или он, как в данном случае, оставлен свободным, импульсы на выходах элементов D5 и D6 чередуются, что и необходимо для управления двухтактным инвертором.
Если микросхему TL494 применяют в однотактном преобразователе напряжения, вывод 13 соединяют с общим проводом, в результате триггер D2 больше не участвует в работе, а импульсы на всех выходах появляются одновременно.
Элемент А1 — усилитель сигнала ошибки в контуре стабилизации выходного напряжения БП. Это напряжение (в данном случае +5V) через резистивный делитель R1R2 поступает на один из входов усилителя. На втором его входе — образцовое напряжение, полученное от встроенного в микросхему стабилизатора А5 с помощью резистивного делителя R3—R5.
Напряжение на выходе А1, пропорциональное разности входных, задает порог срабатывания компаратора А4 и, следовательно, скважность импульсов на его выходе. Так как выходное напряжение БП зависит от скважности (см. выше), в замкнутой системе автоматически поддерживается его равенство образцовому с учетом коэффициента деления R1 и R2. Цепь R7C2 необходима для устойчивости стабилизатора. Второй усилитель А2 в данном случае отключен подачей соответствующих напряжений на его входы и в работе не участвует.
Функция компаратора A3 — это гарантировать наличие паузы между импульсами на выходе элемента D1, даже если выходное напряжение усилителя А1 вышло за допустимые пределы. Минимальный порог срабатывания A3 (при соединении вывода 4 с общим проводом) задан внутренним источником напряжения GV1. С увеличением напряжения на выводе 4 минимальная длительность паузы растет, следовательно, максимальное выходное напряжение БП падает.
Это свойство используют для плавного пуска БП. Дело в том, что в начальный момент работы блока конденсаторы фильтров его выпрямителей полностью разряжены, что эквивалентно замыканию выходов на общий провод. Пуск инвертора сразу же "на полную мощность" приведет к большой перегрузке транзисторов мощного каскада, что может привести к выходу их из строя. Цепь C1R6 обеспечивает плавный, без перегрузок, пуск инвертора.
В первый после включения момент конденсатор С1 разряжен, а напряжение на выводе 4 DA1 близко к +5V, получаемым от стабилизатора А5. Это гарантирует паузу максимально возможной длительности, вплоть до полного отсутствия импульсов на выходе микросхемы. По мере зарядки конденсатора С1 через резистор R6 напряжение на выводе 4 уменьшается, а с ним и длительность паузы.
Одновременно растет выходное напряжение БП. Так продолжается, пока напряжение не приблизится к образцовому и не вступит в действие стабилизирующая обратная связь. Дальнейшая зарядка конденсатора С1 на процессы в БП не влияет. Так как перед каждым включением БП конденсатор С1 должен быть полностью разряжен, во многих случаях предусматривают цепи его принудительной разрядки (на рисунке не показаны).

Промежуточный каскад

Задача этого каскада — усиление импульсов перед их подачей на мощные транзисторы. Иногда промежуточный каскад отсутствует как самостоятельный узел, входя в состав микросхемы задающего генератора.

На рисунке показана схема такого каскада.
Если же мощности транзисторов микросхемы TL494CN недостаточно для непосредственного управления выходным каскадом инвертора, применяют схему, подобную приведенной на рис.

Половины обмотки I трансформатора Т1 служат коллекторными нагрузками транзисторов VT1 и VT2, поочередно открываемых импульсами, поступающими от микросхемы DA1. Резистор R5 ограничивает коллекторный ток транзисторов приблизительно до 20 мА.
С помощью диодов VD1, VD2 и конденсатора С1 на эмиттерах транзисторов VT1 и VT2 поддерживают необходимое для их надежного закрывания напряжение +1,6V.
Диоды VD4 и VD5 демпфируют колебания, возникающие в моменты переключения транзисторов в контуре, образованном индуктивностью обмотки I трансформатора Т1 и ее собственной емкостью.
Диод VD3 закрывается, если выброс напряжения на среднем выводе обмотки I превышает напряжение питания каскада.
Еще один вариант схемы промежуточного каскада показан на рис.

В данном случае выходные транзисторы микросхемы DA1 включены по схеме с общим коллектором.
Конденсаторы С1 и С2 — форсирующие. Обмотка I трансформатора Т1 не имеет среднего вывода, здесь в зависимости от того, какой из транзисторов VT1, VT2 в данный момент открыт, цепь обмотки замыкается на источник питания через резистор R7 или R8, подключенный к коллектору закрытого транзистора.

Pradžia: Maitinimo blokai TL494
Maitinimo blokai TL494, gedimai
Kompiuterio AT/ATX maitinimo bloko panaudojimas
250W maitinimo blokas TL494+Mosfet Lenkai
ATX naudojantis 2003 kontrolerį
ATX naudojantis 494 kontrolerį
ATX naudojantis LPG-899 kontrolerį
ATX naudojantis SG6105 kontrolerį
Budintis maitinimo šaltinis ATX maitinimo bloke (SB)
Maitinimo blokai su UC384x kontroleriu
Параметры некоторых элементов используемых в БП PC
Diodai
Tranzistoriai
Bootstrap gate drive technique

Šaltinis