Импульсные источники питания

1. 1) Информация о продукции и производителе (наименование фирмы-производителя, модель, серийный номер, дата изготовления и т.п.). Эта информация может указываться как в виде штрих кода, так и в виде читаемого текста.

2. 2) Диапазон входных напряжений и номинал потребляемого тока.

3. 3) Перечень применяемых нормативных документов по электрической безопасности.

4. 4) Выходные напряжения и допустимые токи для каждого из них.

5. 5) Предупреждающий текст: «Не снимать эту крышку. Доступ только для квалифицированных специалистов. Пользователям работы внутри блока запрещены». Надписи подобного содержания должны быть приведены на английском, немецком, испанском, французском, японском и китайском языках. Эти надписи должны сопровождаться соответствующими предупреждающими знаками.

Атмосферные условия и внешние воздействия, при которых должен храниться и функционировать блок питания, представлены в таблице12, которая содержит лишь самые основные характеристики. Более развернутую информацию о допустимых вибрациях, генерируемом шуме, экологических требованиях и т.п. можно найти в полной спецификации на форм-фактор TFX12V (http://www.formfactors.org/).

Таблица 16

Относительно большой раздел спецификации TFX12V отводится вопросу вентиляции и охлаждения блока питания. Отметим лишь основные и самые интересные моменты этого раздела. Вентилятор блока питания должен представлять собой осевой 80-миллиметровый вентилятор. Желательно, чтобы скорость вентилятора регулировалась схемой термического контроля. Это позволяет оптимизировать температуру внутри блока питания, а также снижать уровень акустического шума, генерируемого блоком питания. Желательно, чтобы датчик температуры располагался на радиаторе вторичных выпрямителей и обдувался входящим воздушным потоком. Это позволит схеме термического контроля регулировать скорость вращения вентилятора не только при изменениях температур блока питания, но и при изменениях температуры внутри корпуса компьютера. Вентилятор должен включаться и выключаться сигналом PS_ON (высоким уровнем вентилятор выключается). Желательно, чтобы рассекатель воздушного потока вентилятора был изготовлен из штампованного металла - это уменьшает уровень акустических вибраций.

Важной энергетической характеристикой блоков питания является величина токов нечетных гармоник. Эта характеристика дает представление о форме входного тока и величине коэффициента мощности. Спецификация TF12V регламентирует максимально допустимую величину токов гармоник на уровнях, указанных в табл.13. Значения, приведенные в этой таблице, полностью соответствуют европейским стандартам на оборудование класса D.

Таблица 17

Выходные разъемы блока питания

Набор выходных разъемов блоков питания форм-фактора TFX12V является достаточно обычным:

6. - основной разъем;

7. - разъем для питания ядра процессора;

8. - разъем для подключения периферийных устройств (HDD/CD/DVD и т.п.);

9. - разъем для подключения FDD;

10. - разъем для питания ATA-устройств.

Для всех выходных напряжения должны использоваться провода, рассчитанные на напряжение постоянного тока величиной 300В и способные выдерживать температуру, как минимум 85 °С. Длина проводов в спецификации не регламентируется, только указывается, что для блоков питания общего применения длина проводников не должна быть менее 150 мм.

Распределение сигналов по контактам разъемов показано на рис.11. Описание сигналов представлено в таблице 14.

Таблица 18

6. ИМПУЛЬСНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

В отличие от традиционных линейных ИП, предполагающих гашение излишнего нестабилизированного напряжения на проходном линейном элементе, импульсные ИП используют иные методы и физические явления для генерации стабилизированного напряжения, а именно: эффект накопления энергии в катушках индуктивности, а также возможность высокочастотной трансформации и преобразования накопленной энергии в постоянное напряжение. Существует три типовых схемы построения импульсных ИП: повышающая (выходное напряжение выше входного) рис. 1,

Рис. 1. Повышающий импульсный источник питания (Uвых>Uвх).

понижающая (выходное напряжение ниже входного)

Рис. 2. Понижающий импульсный источник питания (Uвых<Uвх)

Понижающий импульсный источник питания (Uвых<Uвх) и инвертирующая (выходное напряжение имеет противоположную по отношению к входному полярность) рис. 3.

Рис. 3. Инвертирующий импульсный источник питания (Uвых<0)

Как видно из рисунка, отличаются они лишь способом подключения индуктивности, в остальном, принцип работы остается неизменным, а именно.

Ключевой элемент (обычно применяют биполярные или МДП транзисторы), работающий с частотой порядка 20-100 кГц, периодически на короткое время (не более 50% времени) прикладывает к катушке индуктивности полное входное нестабилизированное напряжение. Импульсный ток. протекающий при этом через катушку, обеспечивает накопление запаса энергии в её магнитном поле 1/2LI^2 на каждом импульсе. -апасенная таким образом энергия из катушки передастся в нагрузку (либо напрямую, с использованием выпрямляющего диода, либо через вторичную обмотку с последующим выпрямлением), конденсатор выходного сглаживающего фильтра обеспечивает постоянство выходного напряжения и тока. Стабилизация выходного напряжения обеспечивается автоматической регулировкой ширины или частоты следования импульсов на ключевом элементе (для слежения за выходным напряжением предназначена цепь обратной связи).

Такая, хотя и достаточно сложная, схема позволяет существенно повысить КПД всего устройства. Дело в том, что, в данном случае, кроме самой нагрузки в схеме отсутствуют силовые элементы, рассеивающие значительную мощность. Ключевые транзисторы работают в режиме насыщенного ключа (т.е. падение напряжения на них мало) и рассеивают мощность только в достаточно короткие временные интервалы (время подачи импульса). Помимо этого, за счет повышения частоты преобразования можно существенно увеличить мощность и улучшить массогабаритные характеристики.

Важным технологическим преимуществом импульсных ИП является возможность построения на их основе малогабаритных сетевых ИП с гальванической развязкой от сети для питания самой разнообразной аппаратуры. Такие ИП строятся без применения громоздкого низкочастотного силового трансформатора по схеме высокочастотного преобразователя. Это, собственно, типовая схема импульсного ИП с понижением напряжения, где в качестве входного напряжения используется выпрямленное сетевое напряжение, а в качестве накопительного элемента - высокочастотный трансформатор (малогабаритный и с высоким КПД), со вторичной обмотки которого и снимается выходное стабилизированное напряжение (этот трансформатор обеспечивает также гальваническую развязку с сетью).

К недостаткам импульсных ИП можно отнести: наличие высокого уровня импульсных шумов на выходе, высокую, сложность и низкую надежность (особенно при кустарном изготовлении), необходимость применения дорогостоящих высоковольтных высокочастотных компонентов, которые в случае малейшей неисправности легко выходят из строя "всем скопом" (при этом. как правило, можно наблюдать впечатляющие пиротехнические эффекты). Любителям покопаться во внутренностях устройств с отверткой и паяльником при конструировании сетевых импульсных ИП придется быть крайне осторожными, так как многие элементы таких схем находятся под высоким напряжением.