Выходные цепи

3.3 Выходные цепи.

Способ получения выходных напряжений одинаковый почти во всех схемах. Основной (общий) способ заключается в выпрямлении и сглаживании импульсных ЕДС с вторичных обмоток импульсного силового трансформатора. При этом выпрямление во всех двухтактных схемах осуществляется по двухполупериодной схеме со средней точкой. Этим обеспечивается симметричный режим перемагничивания сердечника импульсного трансформатора, так как через вторичные обмотки протекает только переменный ток и, соответственно, отсутствует вынужденное подмагничивание сердечника, что неминуемо в однополупериодных схемах выпрямление, где ток протекает через вторичную обмотку трансформатора только в одном направлении.

Так как все схемы реализованы приблизительно одинаково, будет достаточно рассмотреть и описать работу одной схемы (+12В).

Когда сквозь первичную обмотку 1-2 силового трансформатора Т1 протекает линейно нарастающий ток, на вторичной обмотке 3-4 действует ЕДС постоянного уровня. Полярность ЕДС такая, что на выводе 3 присутствует позитивный потенциал ЕДС относительно корпуса. На выводе 4 этот потенциал будет негативным. Поэтому линейно нарастающий ток протекает по цепи: 3 T1-верхний диод в диодной сборке VD9 – обмотка W1 дроссель групповой стабилизации L5 – дроссель L6 – конденсатор С12 – корпус 7 Т1.

Нижний диод сборки на этом интервале закрыт негативным напряжением на аноде, и ток сквозь него не протекает.

Кроме подзарядки конденсатора С12 происходит передача энергии на выход канала (поддерживается ток нагрузки). На этом же интервале времени в сердечнике дросселей L5 и L6, накапливается магнитная энергия.

Дальше ток через первичную обмотку силового трансформатора прекращается как результат закрытия силового транзистора. ЕДС на вторичных обмотках исчезает. Продолжается “мертвая зона”. На этом интервале энергия, сбереженная в дросселях L5, L6 передается в конденсатор С12 и в нагрузку.

Этот ток - линейно спадающий во времени. Дальше открывается второй силовой транзистор и через первичную обмотку Т1 начинает протекать линейно нарастающий ток обратного направления. Поэтому полярность ЕДС на вторичных обмотках будет обратной: на выводе 4 позитивный, на выводе 3 негативный относительно корпуса. Поэтому на этом интервале проводником будет нижний диод в диодной сборке VD9, а ее верхний диод будет закрытым. Ток через обмотку W1, L5 и L6 опять будет линейно нарастающим и подзарядит конденсатор С12, и также будет поддерживать ток в нагрузке. Резистор R12 предназначен для быстрой разрядки конденсатора C12 и других вспомогательных емкостей после выключения ИБП для приведения всей схемы БП в первичное состояние.

Реализация канала в +3.3В кое-где отличается от реализации других каналов. Для получения напряжения в +3.3В используется обмотка на 5В, напряжение из которой преобразуется на микросхеме TL431C с навесными элементами: R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23, VD14, C17, C18, VT3.

3.4 Стабилизация выходных напряжений ИБП.

Схема стабилизации выходных напряжений в ИБП представляет собой замкнутую петлю автоматической регуляции. Эта петля включает в себя:

- схему управления;

- согласующий предусилительный каскад;

- управляющий трансформатор;

- силовой каскад;

- силовой импульсный трансформатор;

- выпрямляющий блок;

- дроссель межканальной связи;

- блок фильтров;

- делитель напряжения обратной связи;

- делитель опорного напряжения.

В составе схемы управления имеются следующие функциональные узлы:

- усилитель сигнала рассогласования с кругом коррекции;

- ШИМ – компаратор;

- генератор пилообразного напряжения;

- источник опорного стабилизированного напряжения.

В процессе работы усилитель сигнала рассогласования сравнивает входной сигнал делителя напряжения с опорным напряжением делителя. Усиленный сигнал рассогласования поступает на широтно-импульсный модулятор, который руководит оконечным каскадом усилителя мощности, в который, в свою очередь, подает модулируемый управляющий сигнал на силовой каскад преобразователя через управляющий трансформатор Т2. Питание силового трансформатора осуществляется по безтрансформаторной схеме. Переменное напряжение сети выпрямляется сетевым выпрямителем и подается на силовой каскад, где сглаживается конденсаторами емкостной стойки. Часть выходного напряжения стабилизатора сравнивается с постоянным опорным напряжением и потом осуществляется усиление полученной разницы (сигнала рассогласования) с введением соответствующей компенсации. Широтно–импульсный модулятор превращает аналоговый сигнал управления в широтно–модулируемый сигнал с переменным коэффициентом заполнения импульса.

Схема модулятора осуществляет сравнение сигнала, который поступает из выхода усилителя сигнала рассогласования с пилообразным напряжением, которое получают из специального генератора.

Динамика процесса стабилизации следующая.

Пусть под действием какого-то дестабилизирующего фактора выходное напряжение в канале +5В уменьшилось. Тогда уменьшится уровень сигнала обратной связи на неинвертирующий вход усилителя ошибки. Соответственно, выходное напряжение усилителя уменьшится. Поэтому увеличится ширина выходных импульсов микросхемы на выводах 8 и 11. То есть увеличится время открытого состояния за период силовых ключевых транзисторов инвертирования. Соответственно, больше чем раньше, часть периода в сердечнике трансформатора будет существовать нарастающий магнитный поток, а значит, дольше, чем раньше, на вторичных обмотках этого трансформатору будут действовать приведенные этим потоком ЕДС. Поэтому увеличивается постоянная составляющая, которая выделяется сглаживающим фильтром из импульсной последовательности после выпрямления, то есть исходное напряжение канала +5В увеличится, возвращаясь к номинальному значению.

При увеличении выходного напряжения +5В процессы будут обратными.

Стабилизация выходных напряжений других каналов осуществляется путем групповой стабилизации. Для этого в схему блока включается специальный элемент межканальной связи, в качестве которого обычно используют высокообмоточный дроссель.

При этом изменение любого выходного напряжения приводит, благодаря электромагнитной связи между обмотками дросселя групповой стабилизации, к соответствующему изменению выходного напряжения +5В с последующим включением механизма ШИМ. Дроссель групповой стабилизации представляет собой пять обмоток (по одной обмотке в каждом выходном канале БП), намотанных на один ферритовый сердечник и которые включены синфазно. В этом случае дроссель в схеме выполняет две функции:

функцию приглаживания пульсаций выпрямленного напряжения – при этом каждая обмотка для своего канала представляет сглаживающий дроссель фильтра и работает как обычный дроссель;

функцию межканальной связи при групповой стабилизации – при этом благодаря электромагнитной связи через сердечник дроссель работает как трансформатор, который передает величину изменения токов, которые протекают через обмотки каналов +12В, -12В, -5В, +3.3В в обмотку +5В.

Такое построение гарантирует обеспечение устойчивой работы ИБП, что является необходимым условием его нормального функционирования.