Блоки живлення форм-фактору АТХ без корекції коефіцієнта потужності

Перетворювачі, розглянуті вище, хоч і закінчені пристрої, але на практиці їх використовувати незручно. Частота перетворювача, вихідна напруга і багато інших параметрів «плавають», змінюються залежно від зміни: напруги живлення, завантаженості виходу перетворювача і температури. Але якщо контролером скеровувати витоки, який би міг здійснювати стабілізацію та різні додаткові функції, то можна використати схему для живлення пристроїв. Схема блоку живлення із застосуванням ШІМ-контролера досить проста, і, взагалі, є генератор імпульсів, побудований на ШІМ-котролері.

ШІМ - широтно-імпульсна модуляція. Вона дозволяє регулювати амплітуду сигналу минувшого ФНЧ (фільтр низьких частот) зі зміною тривалості або шпаруватості імпульсу. Головні переваги ШІМ це високе значення ККД підсилювачів потужності і великі можливості у застосуванні.

Схема простого блоку живлення з ШІМ контролером.

Дана схема блоку живлення має невелику потужність і у якості ключа використовує польовий транзистор, що дозволяє спростити схему та позбутися від додаткових елементів, необхідних для керування транзисторних ключів. У блоках живлення великої потужності ШІМ-контролер має елементи керування («Драйвер») вихідним ключем. У якості вихідних ключів в блоках живленнях великої потужності використовуються IGBT-транзистори.

Сіткова напруга в даній схемі перетвориться в постійну напругу і чрез ключ надходить на першу обмотку трансформатора. Друга обмотка слугує для живлення мікросхеми та формування напруги зворотного зв'язку. ШІМ-котролер генерує імпульси з частотою, що задана RC-ланцюгом підключеним до ніжки 4. Імпульси подаються на вхід ключа, що їх підсилює. Тривалість імпульсів змінюється залежно від напруги на ніжці 2.

Розглянемо реальну схему АТХ блоку живлення. Вона має набагато більше елементів і у ній присутні ще додаткові пристрої. Червоними квадратами схема блоку живлення умовно поділена на основні частини.

Схема АТХ блоку живлення потужністю 150-300 Вт.

Для живлення мікросхеми контролера, а також формування чергової напруги +5, що використовується комп'ютером, коли він виключений, у схемі знаходитися ще один перетворювач. На схемі він позначений як блок 2. Як видно він виконаний за схемою однотактного перетворювача. У другому блоці також є додаткові елементи. В основному це ланцюг поглинання сплесків напруг, які генеруються трансформатором перетворювача. Мікросхема 7805 - стабілізатор напруги формує чергову напругу +5В з випрямленої напруги перетворювача.

Найчастіше в блоці формування чергової напруги встановлені неякісні або дефектні компоненти, що викликає зниження частоти перетворювача до звукового діапазону. Внаслідок чого із блоку живлення чутний писк.

Оскільки блок живлення живиться від мережі змінної напруги 220В, а перетворювач має потребу в живленні постійною напругою, напругу необхідно перетворити. Перший блок здійснює випрямлення та фільтрацію змінної сіткової напруги. У цьому блоці також знаходиться фільтр, що загороджує від перешкод, які генерує сам блоком живлення.

Третій блок це ШІМ-контролер TL494. Він здійснює всі основні функції блоку живлення. Захищає блок живлення від коротких замикань, стабілізує вихідні напруги та формує ШІМ-сигнал для керування транзисторними ключами, які навантажені на трансформатор.

Четвертий блок складається з двох трансформаторів і двох груп транзисторних ключів. Перший трансформатор формує керуючу напругу для вихідних транзисторів. Оскільки ШІМ-контролер TL494 генерує сигнал слабкої потужності, перша група транзисторів підсилює цей сигнал і передає його першому трансформатору. Друга група транзисторів, або вихідні, навантажені на основний трансформатор, який здійснює формування основних напруг живлення. Така більш складна схема керування вихідними ключами застосована через складність керування біполярними транзисторами та захисту ШІМ-контролера від високої напруги.

П'ятий блок складається з діодів Шотткі, що випрямляють вихідну напругу трансформатора, і фільтра низьких частот (ФНЧ). ФНЧ складається з електролітичних конденсаторів значної ємності та дроселів. На виході ФНЧ стоять резистори, які навантажують його. Ці резистори необхідні для того, щоб після вимикання ємності блоку живлення не залишалися зарядженими. Також резистори стоять і на виході випрямляча сіткової напруги.

Решта елементів, не обведена в блоці цього ланцюга, формує «сигнали справності». Цими ланцюгами здійснюється робота захисту блоку живлення від короткого замикання або контроль справності вихідних напруг.

Блок живлення АТХ потужністю 200 Вт.

Тепер подивимося, як на друкованій платі блоку живлення потужністю 200 Вт розташовані елементи. На малюнку показані:

1. Конденсатори, що виконують фільтрацію вихідних напруг.

2. Місце не розпаяних конденсаторів фільтра вихідних напруг.

3. Катушки індуктивності, що виконують фільтрацію вихідних напруг. Велика котушка відіграє роль не тільки фільтра, але ще працює як феромагнітний стабілізатор. Це дозволяє дещо знизити перекоси напруг при нерівномірному навантаженні різних вихідних напруг.

4. Мікросхема ШІМ-стабілізатора WT7520.

5. Радіатор на якому встановлені діоди Шотткі для напруг +3.3В і +5В, а для напруги +12В звичайні діоди. Необхідно відзначити, що часто особливо в старих блоках живленнях, на цьому ж радіаторі розміщаються додатково елементи. Це елементи стабілізації напруг +5В и +3,3В. У сучасних блоках живленнях розміщуються на цьому радіаторі тільки діоди Шотткі для всіх основних напруг або польові транзистори, які використовуються у якості випрямляча.

6. Основний трансформатор, що здійснює формування всіх напруг, а також гальванічну розв'язку з мережею.

7. Трансформатор, що формує керуючі напруги для вихідних транзисторів перетворювача.

8. Трансформатор перетворювача, що формує чергову напругу +5В.

9. Радіатор, на якому розміщені вихідні транзистори перетворювача, а також транзистор перетворювача формує чергову напругу.

10. Конденсатори фільтра сіткової напруги. Їх не обов'язково повинно бути два. Для формування двополярної напруги та утворення середньої крапки встановлюють два конденсатори рівної ємності. Вони ділять випрямлену сіткову напругу навпіл, тим самим формуючи дві напруги різної полярності, з'єднані у загальній крапці. В схемах з однополярним живленням конденсатор один.

11. Елементи фільтра мережі від гармонік (перешкод), що генеруються блоком живлення.

12. Діоди діодного мосту, що здійснюють випрямлення змінної напруги мережі.

Блок живлення АТХ потужністю 350 Вт.

Блок живлення 350 Вт побудований еквівалентно. Одразу привертають увагу великі розміри плати, збільшені радіатори та більшого розміру трансформатор перетворювача.

1. Конденсатори фільтра вихідних напруг.

2. Радіатор, що охолоджує діоди, які випрямляють вихідну напругу.

3. ШІМ-контролер АТ2005 (аналог WT7520), що здійснює стабілізацію напруг.

4. Основний трансформатор перетворювача.

5. Трансформатор, що формує керуючу напругу для вихідних транзисторів.

6. Трансформатор перетворювача чергової напруги.

7. Радіатор, що охолоджує вихідні транзистори перетворювачів.

8. Фільтр сіткової напруги від перешкод блоку живлення.

9. Діоди діодного мосту.

10. Конденсатори фільтра сіткової напруги.

Розглянута схема довго застосовувалася в блоках живленнях і зараз іноді зустрічається.