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無線電子工学および電気工学の百科事典 200 ワット PC 電源回路の完全な説明。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
以下は、200 ワットのスイッチング電源 (PS6220C、台湾製) の XNUMX つの回路図の完全な説明です。
AC 主電源電圧は、F101 4A 主電源ヒューズ、要素 C101、R101、L101、C104、C103、C102 およびチョーク L102、L103 によって形成されるノイズ抑制フィルターを介して、PWR SW 主電源スイッチを介して供給されます。
JP1コネクタから、AC主電源電圧は以下に供給されます。
整流器 BR1 の出力には、平滑化フィルター容量 C1、C2 が含まれています。 THR サーミスタは、これらのコンデンサの充電電流の初期サージを制限します。 115 V/230 V SW スイッチは、220 ～ 240 V ネットワークと 110/127 V ネットワークの両方から UPS に電力を供給する機能を提供します。 高オーム抵抗器 R1、R2、シャント コンデンサ C1、C2 はバラン (C1 と C2 の電圧を等しくする) であり、UPS がネットワークからオフになった後もこれらのコンデンサの放電を保証します。 入力回路の動作の結果、整流された主電源電圧バスには、多少のリップルを伴う +310 V に等しい直流電圧 Uep が現れます。 この UPS は、特別な起動トランス T1 に実装された強制 (外部) 励起による起動回路を使用しており、UPS がネットワークに接続された後、その二次巻線に供給ネットワークの周波数の交流電圧が表示されます。 。 この電圧はダイオード D25、D26 によって整流され、二次巻線 T1 との中点で全波整流回路を形成します。 C30 は平滑フィルタ容量で、制御チップ U4 に電力を供給するために使用される定電圧を生成します。 TL494 IC は従来、この UPS の制御チップとして使用されてきました。 コンデンサ C30 からの電源電圧は U12 のピン 4 に供給されます。 その結果、内部基準電源の出力電圧 Uref = -14 V が U4 のピン 5 に現れ、マイクロ回路の内部ノコギリ波電圧発生器が起動し、一連の矩形パルスである制御電圧がピン 8 と 11 に現れます。負の立ち上がりエッジを持ち、周期の半分の間、互いに相対的にシフトします。 U29 マイクロ回路のピン 50 と 5 に接続された要素 C6、R4 は、マイクロ回路の内部発生器によって生成される鋸歯状電圧の周波数を決定します。 この UPS のマッチング段は、個別制御のトランジスタレス回路に従って作られています。 コンデンサＣ３０からの電源電圧は、制御トランスＴ２、Ｔ３の一次巻線の中点に供給される。 IC U30 の出力トランジスタは整合段トランジスタの機能を実行し、回路に従って OE に接続されます。 両方のトランジスタのエミッタ (マイクロ回路のピン 2 と 3) は「ケース」に接続されています。 これらのトランジスタのコレクタ負荷は、U4 マイクロ回路 (出力トランジスタのオープンコレクタ) のピン 9、10 に接続された制御トランス T2、T3 の一次半巻線です。 ダイオード D8、D11 が接続された一次巻線 T4、T2 の残りの半分は、これらの変圧器のコアの消磁回路を形成します。 トランス T2、T3 は、ハーフブリッジ インバータの強力なトランジスタを制御します。 マイクロ回路の出力トランジスタを切り替えると、制御変圧器 T2、T3 の二次巻線にパルス状の制御 EMF が発生します。 これらの EMF の影響により、パワー トランジスタ Q1、Q2 が交互に開き、調整可能な一時停止 (「デッド ゾーン」) が生じます。 したがって、T5 電源パルストランスの一次巻線には、鋸歯状の電流パルスの形で交流電流が流れます。 これは、一次巻線 T5 が電気ブリッジの対角線に含まれており、その一方のアームがトランジスタ Q1、Q2 によって形成され、もう一方のアームがコンデンサ C1、C2 によって形成されているという事実によって説明されます。 したがって、トランジスタQ1、Q2のいずれかが開くと、一次巻線T5はコンデンサC1またはC2のいずれかに接続され、トランジスタが開いている限り電流が流れます。 ダンパー ダイオード D1、D2 は、トランジスタ Q5、Q1 の閉状態中に 2 次巻線 TXNUMX の漏れインダクタンスに蓄えられたエネルギーを確実にソースに戻します (回生)。 一次巻線 T4 を分路するチェーン C7、R5 は、トランジスタ Q5、Q1 が閉じているときに一次巻線 T2 のインダクタンスとその巻線間容量によって形成される回路内で発生する高周波寄生振動プロセスを抑制するのに役立ちます。一次巻線が突然停止します。 一次巻線 T3 と直列に接続されたコンデンサ C5 は、一次巻線 T5 を流れる電流の DC 成分を除去し、それによってそのコアの不要な磁化を除去します。 抵抗 R3、R4 および R5、R6 は、それぞれ強力なトランジスタ Q1、Q2 の基本的な分圧器を形成し、これらのトランジスタの動的電力損失の観点から最適なスイッチング モードを提供します。 一次巻線 T5 を流れる交流電流により、この変圧器の二次巻線に交流矩形パルス EMF が発生します。 T5 電源トランスには XNUMX つの二次巻線があり、それぞれの中点からの端子があります。 巻線 IV は、+5 V の出力電圧を提供します。ダイオード アセンブリ SD2 (ハーフブリッジ) は、巻線 IV との中点を持つ全波整流回路を形成します (巻線 IV の中点は接地されています)。 要素 L2、C10、C11、C12 は、+5 V チャンネルの平滑フィルターを形成します。SD2 アセンブリのダイオードをスイッチングするときに発生する寄生高周波発振プロセスを抑制するために、これらのダイオードは、静穏 RC 回路 C8、R10、および C9 によって分路されます。 C11、RXNUMX。 SD2 アセンブリのダイオードはショットキー バリアを備えたダイオードであり、必要な速度を達成し、整流器の効率を高めます。 巻線 III と巻線 IV は、ダイオード アセンブリ (ハーフブリッジ) SD12 とともに +1 V の出力電圧を提供します。 このアセンブリは、巻線 III とともに、中間点を持つ全波整流回路を形成します。 ただし、巻線 III の中点は接地されておらず、+5 V 出力電圧バスに接続されているため、+12 V 生成チャンネルでショットキー ダイオードを使用できるようになります。 この接続により整流ダイオードにかかる逆電圧は、ショットキー ダイオードの許容レベルまで低減されます。 要素L1、C6、C7は、+12Vチャネルで平滑化フィルターを形成します。 抵抗 R9、R12 は、ネットワークから UPS をオフにした後、+5 V および +12 V バスの出力コンデンサの放電を促進するように設計されています。 RC 回路 C5、R8 は、巻線 III のインダクタンスとその巻線間容量によって形成される寄生回路で発生する振動プロセスを抑制するように設計されています。 5 つのタップを持つ巻線 II は、-12 V および -XNUMX V の負の出力電圧を提供します。 3 つの個別のダイオード D4、D12 は、-5 V 生成チャネルで全波整流のハーフブリッジを形成し、-6 V チャネルでダイオード D5、DXNUMX を形成します。 要素L3、C14およびL2、C12は、これらのチャネルの平滑化フィルターを形成します。 巻線 II は、巻線 III と同様に、RC ダンピング回路 R13、C13 によって分路されます。 巻線IIの中心点は接地されています。 出力電圧の安定化は、チャネルごとに異なる方法で実行されます。 負の出力電圧 -5 V および -12 V は、リニア統合 4 端子安定器 U7905 (タイプ 2) および U7912 (タイプ XNUMX) を使用して安定化されます。 これを行うために、コンデンサ C14、C15 からの整流器の出力電圧がこれらの安定器の入力に供給されます。 出力コンデンサ C16、C17 は、-12 V および -5 V の安定した出力電圧を生成します。 ダイオード D7、D9 は、ネットワークから UPS をオフにした後、抵抗 R16、R17 を介して出力コンデンサ C14、C15 を確実に放電します。 そうしないと、これらのコンデンサが安定化回路を通じて放電されてしまい、望ましくないことになります。 抵抗器Ｒ１４、Ｒ１５を通して、コンデンサＣ１４、Ｃ１５も放電される。 ダイオードD5、D10は、整流ダイオードが故障した場合に保護機能を実行します。 これらのダイオード (D3、D4、D5、または D6) の少なくとも 5 つが「壊れている」ことが判明した場合、ダイオード D10、D1 が存在しない場合、正のパルス電圧が統合スタビライザー U2 (またはU14) が発生し、電解コンデンサ C15 または CXNUMX に交流電流が流れ、故障の原因となります。 この場合、ダイオード D5、D10 が存在するため、そのような状況が発生する可能性は排除されます。 電流がそれらを通って閉じます。 たとえば、ダイオード D3 が「壊れた」場合、D3 を閉じる必要がある期間の正の部分、電流は回路内で閉じられます: D3 - L3 D7-D5 - 「ケース」。 +5V出力電圧の安定化はPWM方式で行われます。 これを行うには、測定抵抗分圧器 R5、R51 を +52 V 出力電圧バスに接続します。 +5 V チャネルの出力電圧レベルに比例する信号が抵抗 R51 から取り出され、エラー アンプ DA3 (制御チップのピン 1) の反転入力に供給されます。 このアンプの直接入力 (ピン 2) には、マイクロ回路 U48 Uref の内部基準源の出力に接続されている分圧器 VR1、R49、R48 に含まれる抵抗 R4 から得られる基準電圧レベルが供給されます。 = +5 V。 + バスの電圧レベルが 5 V 変化すると、さまざまな不安定要因の影響で、誤差アンプ DA3 の入力における基準電圧レベルと制御電圧レベル間の不一致 (誤差) の大きさが変化します。 その結果、U8 マイクロ回路のピン 11 と 4 の制御パルスの幅 (持続時間) は、偏差した出力電圧 +5 V を公称値 (+5 V バスの電圧として) に戻すように変化します。この電圧が減少すると、制御パルスの幅は増加し、この電圧が増加すると減少します)。 制御ループ全体の安定した (寄生生成のない) 動作は、エラー アンプ DA3 を囲む一連の周波数依存の負帰還によって保証されます。 このチェーンは、制御チップ U3 (R2、C4) のピン 47 とピン 27 の間に接続されています。 この UPS の出力電圧 +12 V は安定していません。 本 UPS の出力電圧レベル調整は、+5 V チャンネルと +12 V チャンネルのみ、エラーアンプ DA3 の直接入力の基準電圧のレベルをトリミング抵抗 VR1 で変更することで調整しています。 UPS セットアップ プロセス中に VR1 スライダーの位置を変更すると、+5 V バスの電圧レベルが一定の制限内で変化し、したがって +12 V バスの電圧レベルも変化します。 +5 V バスからの電圧は巻線 III の中点に供給されます。 この UPS の複合保護には以下が含まれます。
これらの各スキームを見てみましょう。 制限制御回路は、変流器 T4 をセンサーとして使用し、その一次巻線が電力パルス変圧器 T5 の一次巻線と直列に接続されています。 抵抗Ｒ４２は二次巻線Ｔ４の負荷であり、ダイオードＤ２０、Ｄ２１は負荷Ｒ４２から取り出された交流パルス電圧の全波整流回路を形成する。 抵抗 R59、R51 は分圧器を形成します。 電圧の一部はコンデンサ C25 によって平滑化されます。 このコンデンサの電圧レベルは、パワー トランジスタ Q1、Q2 のベースの制御パルスの幅に比例します。 このレベルは、抵抗 R44 を介してエラー アンプ DA4 (U15 チップのピン 4) の反転入力に供給されます。 このアンプの直接入力 (ピン 16) は接地されています。 ダイオード D20、D21 は、電流がこれらのダイオードを流れるときにコンデンサ C25 が負の (共通ワイヤに対して) 電圧に充電されるように接続されています。 通常動作では、制御パルスの幅が許容限界を超えていない場合、ピン 15 の電位は、このピンが抵抗 R45 を介して Uref バスに接続されているため、正になります。 何らかの理由で制御パルスの幅が過度に増加すると、コンデンサ C25 の負の電圧が増加し、ピン 15 の電位が負になります。 これにより、以前は 4 V に等しかった誤差増幅器 DA0 の出力電圧が表示されます。制御パルスの幅がさらに増加すると、PWM コンパレータ DA2 のスイッチング制御が PWM コンパレータ DA4 に転送されます。アンプ DA3 に接続され、その後の制御パルス幅の増加は発生しなくなりました (制限モード)。 これらのパルスの幅は、誤差増幅器 DAXNUMX の直接入力におけるフィードバック信号のレベルに依存しなくなりました。 負荷の短絡保護回路は、条件に応じて正電圧を生成するチャネルの保護と負電圧を生成するチャネルの保護に分けることができ、これらはほぼ同じ回路内に実装されます。 正電圧 (+5 V および +12 V) を生成するチャネルの負荷における短絡保護回路のセンサーは、これらのチャネルの出力バス間に接続されたダイオード抵抗分圧器 D11、R17 です。 ダイオード D11 のアノードの電圧レベルは制御された信号です。 通常動作では、+5 V および +12 V チャネルの出力バスの電圧が公称値にあるとき、ダイオード D11 のアノード電位は約 +5,8 V です。 電流は、+12 V バスから +5 V バスへ、+12 V バス - R17-D11 - +5 V バスという回路に沿ってセンサー分圧器を通って流れます。 アノード D11 からの制御信号は、抵抗分圧器 R18、R19 に供給されます。 この電圧の一部は抵抗器 R19 から取り出され、LM1N タイプの U3 マイクロ回路のコンパレータ 339 の直接入力に供給されます。 この比較器の反転入力には、制御チップＵ４の基準源Ｕｒｅｆ＝＋５Ｖの出力に接続された分圧器Ｒ２６、Ｒ２７の抵抗器Ｒ２７からの基準電圧レベルが供給される。 基準レベルは、通常動作中にコンパレータ 27 の直接入力の電位が反転入力の電位を超えるように選択されます。 その後、コンパレータ 26 の出力トランジスタが閉じ、UPS 回路は通常に PWM モードで動作します。 例えば+12Vチャンネルの負荷が短絡した場合、ダイオードD11のアノード電位が1Vとなり、コンパレータ4の反転入力の電位が直流入力の電位よりも高くなります。入力がオンになると、コンパレータの出力トランジスタが開きます。 これにより、通常は回路を流れるベース電流によって開いているトランジスタ Q39 が閉じます。Upom バス - R36 - R4 b-e QXNUMX - 「ケース」。 コンパレータ 1 の出力トランジスタをオンにすると、抵抗 R39 が「ケース」に接続されるため、トランジスタ Q4 はゼロバイアスによって受動的にオフになります。 トランジスタ Q4 を閉じると、保護のための遅延要素として機能するコンデンサ C22 が充電されます。 UPS がモードに入るプロセス中に、+5 V および +12 V バスの出力電圧がすぐには表示されず、大容量出力コンデンサが充電されるため、遅延が必要です。 逆に、電源 Uref からの基準電圧は、UPS がネットワークに接続された直後に現れます。 したがって、起動モードでは、コンパレータ 1 が切り替わり、その出力トランジスタが開き、遅延コンデンサ C22 が欠落している場合、UPS がネットワークに接続されるとすぐに保護が作動します。 ただし、回路にはC22が含まれており、その電圧がUpomバスに接続され、トランジスタQ37のベースである分圧器の抵抗R58、R5の値によって決定されるレベルに達した後にのみ保護が動作します。 これが起こると、トランジスタ Q5 が開き、抵抗 R30 がこのトランジスタの低い内部抵抗を介して「ケース」に接続されます。 したがって、トランジスタ Q6 のベース電流が回路を流れる経路が現れます: Uref - ユニット Q6 - R30 - ユニット Q5 「ケース」。 トランジスタ Q6 は飽和するまでこの電流によって開き、その結果、エミッタに沿ってトランジスタ Q5 に電力を供給する電圧 Uref = 6 V が、その低い内部抵抗を介して制御チップ U4 のピン 4 に印加されます。 これは、前に示したように、マイクロ回路のデジタルパスの停止、出力制御パルスの消失、およびパワートランジスタQ1、Q2のスイッチングの停止につながります。 保護的シャットダウンに移行します。 +5 V チャネル負荷での短絡により、ダイオード D11 のアノード電位はわずか約 +0,8 V になります。そのため、コンパレータ (1) の出力トランジスタが開き、保護シャットダウンが発生します。 同様に、U5 チップのコンパレータ 12 で負の電圧 (-2 V および -3 V) を生成するチャネルの負荷に短絡保護が組み込まれています。 要素 D12、R20 はダイオード抵抗分割器センサーを形成し、負電圧生成チャンネルの出力バス間に接続されます。 制御される信号はダイオード D12 のカソード電位です。 -5 V または -12 V チャネル負荷での短絡中、カソード D12 の電位は上昇します (-5,8 V チャネル負荷での短絡の場合は -0 から 12 V、チャネル負荷での短絡の場合は -0,8 V まで)。 -5 V チャネル負荷)。 いずれの場合も、コンパレータ 2 の常閉出力トランジスタが開き、上記のメカニズムに従って保護が動作します。 この場合、コンパレータ２の直接入力には抵抗Ｒ２７からの基準レベルが供給され、反転入力の電位は抵抗Ｒ２２、Ｒ２１の値によって決定される。 これらの抵抗は、バイポーラ電源の分圧器を形成します（抵抗 R27 はバス Uref = +2 V に接続され、抵抗 R22 はダイオード D21 のカソードに接続されます。すでに述べたように、UPS の通常動作時の電位は - です） 22V）。 したがって、通常動作時のコンパレータ 5 の反転入力の電位は直接入力の電位よりも低く保たれ、コンパレータの出力トランジスタは閉じられます。 +5 V バス上の出力過電圧に対する保護は、要素 ZD1、D19、R38、C23 に実装されています。 ツェナー ダイオード ZD1 (ブレークダウン電圧 5,1 V) が +5 V 出力電圧バスに接続されているため、このバスの電圧が +5,1 V を超えない限り、ツェナー ダイオードは閉じられ、トランジスタ Q5 はオンになります。も閉まっている。 +5 V バスの電圧が +5,1 V を超えると、ツェナー ダイオードが「突き抜け」、ロック解除電流がトランジスタ Q5 のベースに流れ込み、トランジスタ Q6 が開き、電圧 Uref = が発生します。制御チップ U5 のピン 4 に +4 V、それら。 保護的シャットダウンに移行します。 抵抗 R38 はツェナー ダイオード ZD1 の安定器です。 コンデンサ C23 は、+5 V バス上のランダムな短期間の電圧サージ (たとえば、負荷電流の突然の減少後の電圧安定の結果) 中に保護が作動するのを防ぎます。 ダイオード D19 はデカップリング ダイオードです。 この UPS の PG 信号生成回路は二重機能であり、U3 マイクロ回路とトランジスタ Q4 のコンパレータ (3) と (3) に組み込まれています。 この回路は、始動変圧器 T1 の二次巻線上の交流低周波電圧の存在を監視する原理に基づいて構築されており、この電圧は一次巻線 T1 に供給電圧がある場合にのみこの巻線に作用します。 UPS が主電源に接続されている間。 UPS の電源がオンになったほぼ直後に、補助電圧 Upom がコンデンサ C30 に現れ、制御チップ U4 と補助チップ U3 に電力を供給します。 さらに、始動変圧器 T1 の二次巻線からダイオード D13 および電流制限抵抗 R23 を介した交流電圧がコンデンサ C19 を充電します。 C19 からの電圧は抵抗分圧器 R24、R25 に電力を供給します。 この電圧の一部は抵抗器 R25 からコンパレータ 3 の直接入力に供給され、その出力トランジスタが閉じます。 この直後に現れるマイクロ回路 U4 Uref = +5 V の内部基準電源の出力電圧は、分圧器 R26、R27 に電力を供給します。 したがって、抵抗 R3 からの基準レベルがコンパレータ 27 の反転入力に供給されます。 ただし、このレベルは直接入力のレベルよりも低くなるように選択されているため、コンパレータ 3 の出力トランジスタはオフ状態のままです。 したがって、保持容量 C20 を充電するプロセスは、Upom - R39 - R30 - C20 - 「ハウジング」という連鎖に沿って始まります。 コンデンサ C20 が充電されると増加する電圧は、U4 マイクロ回路の反転入力 3 に供給されます。 このコンパレータの直接入力には、Upom バスに接続された分圧器 R32、R31 の抵抗 R32 からの電圧が供給されます。 充電コンデンサＣ２０の両端の電圧が抵抗器Ｒ３２の両端の電圧を超えない限り、比較器４の出力トランジスタは閉じられる。 したがって、開放電流は次の回路を介してトランジスタ Q20 のベースに流れ込みます。Upom - R32 - R4 - b-e Q3 - 「ケース」。 トランジスタ Q3 は飽和するまで開放されており、そのコレクタから取得される PG 信号は受動的 Low レベルとなり、プロセッサの起動を禁止します。 この間、コンデンサ C20 の電圧レベルが抵抗 R32 の電圧レベルに達するまで、UPS は確実に定格動作モード、つまり定格動作モードに入ることができます。 すべての出力電圧が完全に表示されます。 C20 の電圧が R32 から除去された電圧を超えるとすぐに、コンパレータ 4 が切り替わり、その出力トランジスタが開きます。 これにより、トランジスタ Q3 が閉じ、そのコレクタ負荷 R35 から取得される PG 信号がアクティブ (H レベル) になり、プロセッサが起動できるようになります。 UPS がネットワークからオフになると、起動変圧器 T1 の二次巻線の交流電圧が消えます。 したがって、コンデンサ C19 の電圧は、コンデンサ C1 の静電容量が低いため (XNUMX μF) 急速に低下します。 抵抗 R25 での電圧降下が抵抗 R27 での電圧降下より小さくなるとすぐに、コンパレータ 3 が切り替わり、その出力トランジスタが開きます。 これには、制御チップ U4 の出力電圧の保護シャットダウンが必要になります。 トランジスタQ4が開きます。 さらに、コンパレータ 3 のオープン出力トランジスタを通じて、コンデンサ C20 の加速放電プロセスが次の回路に沿って始まります: (+)C20 - R61 - D14 - コンパレータ 3 の出力トランジスタのコンデンサ - 「ケース」。 C20 の電圧レベルが R32 の電圧レベルよりも低くなるとすぐに、コンパレータ 4 が切り替わり、その出力トランジスタが閉じます。 これにより、UPS 出力バスの電圧が許容できないほど低下し始める前に、トランジスタ Q3 が開き、PG 信号が非アクティブな Low レベルになります。 これにより、コンピュータのシステム リセット信号が初期化され、コンピュータのデジタル部分全体が元の状態にリセットされます。 PG 信号生成回路のコンパレータ 3 と 4 は、それぞれ抵抗 R28 と R60 を使用した正帰還によってカバーされており、スイッチングを高速化します。 この UPS のモードへのスムーズな移行は、制御チップ U24 のピン 41 に接続されたフォーミング チェーン C4、R4 を使用することで伝統的に保証されています。 出力パルスの最大持続時間を決定するピン 4 の残留電圧は、分圧器 R49、R41 によって設定されます。 ファン モーターは、追加のデカップリング L 字型フィルター R14、C12 を介して、-16 V 電圧生成チャンネルのコンデンサ C15 からの電圧によって電力を供給されます。 著者: Golovkov A. V.、Lyubitsky V. B.
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