Александр Куличков - Импульсные блоки питания для IBM PC

Напряжение вторичной обмотки трансформатора развязки должно быть равно номинальному напряжению первичной сети, то есть 220 В. Мощность трансформатора сетевой развязки должна подбираться на основе анализа режимов, в которых предполагается его использование. Если нужно производить подключение первичной цепи источника с диагностикой на холостом ходу вторичных цепей, то достаточно будет трансформатора с вторичной мощностью около 50 Вт. Если же необходима проверка блока в реальных нагрузочных режимах, следует подбирать трансформатор на максимальную мощность источника питания с учетом КПД импульсного преобразователя и КПД трансформатора развязки.

В основном же применение трансформатора развязки необходимо при проведении первичной диагностики цепей сетевого фильтра, выпрямителя и силового каскада. Подключать трансформатор можно также во время контрольного прогона преобразователя на холостом ходу (без вторичных нагрузок) после замены неисправных элементов. Как правило, рабочее тестирование с полной нагрузкой возможно непосредственно в реальной системе, так как не всегда есть возможность создать нагрузочный эквивалент, распределенный по вторичным каналам.

При установленном трансформаторе сетевой развязки допускается полное использование измерительных приборов с одним заземленным полюсом без каких-либо ограничений. В этом случае появляется возможность контроля статических уровней напряжений питания на элементах силового каскада и проверки их динамических характеристик в режимах переключения.

В источнике ATX форм-фактора функционирование только одного каскада нужно проверять в реальном диапазоне первичного питания. Это автогенераторный каскад на транзисторе Q3. Условия его самовозбуждения рассчитаны на питание ~300В постоянного напряжения. Поэтому все проверки работоспособности автогенератора с проведением измерений режимов элементов следует производить с трансформатором развязки. Подключение к источнику питания должно выполняться в соответствии с рис. 2.21. Все остальные узлы в процессе первичной диагностики можно проверить с помощью источника постоянного напряжения с максимальным выходным уровнем 30 В.

Минимальный набор приборов для проведения диагностики исправности элементов блока питания следующий:

• развязывающий трансформатор с напряжением вторичной обмотки 220 В (±10 %) и мощностью вторичной цепи не менее 50 Вт;

• осциллограф с полосой не менее 10 МГц, оснащенный щупом-делителем 1:10, с рабочим диапазоном для постоянных и переменных напряжений не менее 800 В;

• универсальный вольтметр для проведения измерений статических уровней и проверки отдельных элементов;

• два перестраиваемых источника постоянного напряжения со шкалой до 30 В, нагрузочной способностью не менее 2 А и встроенной защитой от перегрузки.

Аксессуары для производства работ по демонтажу и замене элементов здесь не рассматриваются.

Ниже предлагается последовательность операций, обеспечивающих комфортные условия применения измерительных приборов и успешное выявление причин, вызвавших отказ блока питания. В этом разделе описаны только правила подключения приборов к проверяемому импульсному блоку питания. Вопросы выполнения конкретных измерений и оценки работоспособности узлов и элементов будут рассмотрены отдельно.

Работы по проверке работоспособности отдельных узлов импульсного источника питания следует выполнять в условиях, максимально соответствующих требованиям безопасности и исключающих повреждение элементов схемы. Так как электропитание узлов возбуждения усилителей мощности производится от напряжений менее 30 В, их проверку можно осуществлять от внешних низковольтных стабилизированных источников. Питание силовых каскадов номинальным напряжением требуется в тех случаях, когда необходимо обеспечить во вторичных цепях блока питания уровни выходных напряжений, отвечающие требованиям технических характеристик. Для простой проверки процессов переключения силовых транзисторов и работы их базовых цепей уровень напряжения питания усилителя мощности может быть значительно ниже, то есть составлять также ~30 В. Предлагаемые общие правила работы с БП, имеющими каскад внешнего возбуждения, применимы к большинству схем. Позиционные обозначения элементов в приведенном описании соответствуют обозначениям на рис. 2.2. Следует учитывать, что все соединения электрических цепей блока питания и внешних источников стабилизированного напряжения можно производить только при выключенном состоянии приборов.

2.5.1. Проверка каскада ШИМ преобразователя

Проведение проверки на функционирование узла ШИМ преобразователя не требует подключения вторичных нагрузок. Проверка выявляет работоспособность модулятора IC1 и промежуточного усилителя на Q7 и Q8.

Схема подключения электропитания для проведения проверки работоспособности ШИМ преобразователя показана на рис. 2.22.

Проверка каскада ШИМ преобразователя выполняется при подаче положительного напряжения только от внешнего стабилизированного источника 1 в точку соединения элементов, а именно: положительная обкладка конденсатора C24, катод 25, катод D9, резисторы R32, R44 и R45, вывод IC1/12. Входная цепь импульсного блока питания при этом должна быть полностью обесточена. Выходное напряжение стабилизированного источника должно иметь значение 25 В. Такой уровень напряжения приближен к реальному значению напряжения питания микросхемы IC1 в рабочем режиме и обеспечивает формирование импульсного сигнала с амплитудой, достаточной для возбуждения транзисторов силового каскада. Отрицательный полюс стабилизированного источника соединяется с общим проводом вторичных цепей. Для нормального запуска ШИМ преобразователя вход сигнала PS-ON должен быть замкнут перемычкой на общий провод вторичной цепи питания. Стабилизированный источник 2 необходимо подключить к выходным контактам вторичного канала +5 В. Выходное напряжение второго внешнего источника должно иметь значение 5 В. Необходимо также отключить один из контактов резистора R8 и тем самым исключить срабатывание канала защиты в отсутствие вторичных напряжений с отрицательными значениями. Остальные входы цепей включения защиты преобразователя, присоединенные к базовой цепи транзистора Q4, остаются свободными, так как в данном случае они не влияют на функционирование IC1. Второй источник постоянного напряжения необходим, так как без него на вывод IC1/2 не будет подаваться напряжение обратной связи, что аналогично короткому замыканию вторичного канала +5 В, вследствие чего может произойти блокировка IC1 по сигналу от датчика увеличения ширины импульсов управления (транзистор Q6).

В такой конфигурации подключения питания можно провести все проверки ШИМ преобразователя в режиме генерации импульсного сигнала по выходам IC1/8,11, а также в режиме работы импульсного усилителя на Q7 и Q8. Если для проведения измерений используется осциллограф с заземлением (занулением) корпуса, то его общий провод должен быть соединен с общим проводом вторичной цепи источника питания. Измерения всех сигналов будут производиться относительно общего провода вторичной цепи. Включение обоих стабилизированных источников нужно производить одновременно.

Включение механизма защиты при повышенном выходном напряжении канала +5 В можно проверить, увеличив значение напряжения на стабилизированном источнике 2 до уровня 6,2 В. При этом должны последовательно переключиться в проводящее состояние транзисторы Q4 и Q1. Если срабатывание происходит правильно, то на выводе IC1/4 установится напряжение со значением примерно +5 В. Генерация импульсов по выходам IC1 /8,11 прекратится. Возобновление работы микросхемы IC1 должно произойти после непродолжительного выключения обоих стабилизированных источников.

С помощью двух внешних источников постоянного напряжения можно проверить правильность формирования сигнала «питание в норме» микросхемой IC2. При правильной работе каскадов на IC2 после включения обоих стабилизированных источников на выводе IC2/1 появляется напряжение по значению близкое к +5 В.

2.5.2. Безопасная проверка функционирования силового каскада

Базовая конфигурация подключения оборудования для электропитания узлов импульсного преобразователя при проверке работоспособности его силового каскада аналогична конфигурации, представленной на рис. 2.22. Для подачи напряжения на силовой каскад следует соединить положительный полюс конденсатора C5 с выводом «+» внешнего источника 1, а отрицательный полюс необходимо подключить к общему проводу вторичной цепи. Силовой каскад и ШИМ преобразователь будут запитаны от одного источника.

Напряжения питания на схему подаются от обоих внешних источников. При правильной работе транзисторов Q9 и Q10 в точке соединения конденсаторов C5 и C 6 напряжение устанавливается на уровне половины напряжения источника 1. Размах переменного импульсного сигнала на коллекторе Q10 будет равен значению полного напряжения питания, поданного на силовой каскад. Сигналы в базовых цепях силовых транзисторов будут иметь реальные значения рабочих уровней и длительности импульсов.