Чтение онлайн

В электронном каскаде применен один интегральный компаратор из состава микросхемы LM339 и эмиттерный повторитель напряжения на Q1. Благодаря применению компаратора на шине PG, сигнал имеет ступенчатый характер с крутым фронтом. Этим исключается неустойчивая работа цифровых схем нагрузки, возможная при плавном нарастании уровней импульсов.

В начальный момент работы схемы напряжение питания появляется на микросхеме ШИМ преобразователя – TL494. Внутреннй источник опорного напряжения на выводе TL494/14 формирует опорное стабилизированное напряжение +5 В, которое через резистивный делитель на R3, R4 подается на инвертирующий вход усилителя DA3 микросхемы TL494. Пока на выходе вторичного канала +5 В напряжение не достигнет номинального значения, напряжение на выходе усилителя DA3 будет иметь низкий уровень. К выходу TL494/3 подключена база эмиттерного повторителя напряжения. Низкий уровень с этого выхода микросхемы передается в эмиттерную цепь транзистора и далее на неинвертирующий вход компаратора микросхемы LM339. На втором входе выставлен опорный уровень напряжения, снимаемый с резистивного делителя напряжения на резисторах R9 и R10. Резистивный делитель включен между выходом TL494/14 и общим проводом. Напряжение на входе LM339/6 компаратора превышает уровень, установленный на выводе 7. Напряжение на выходе компаратора низкое. В процессе «медленного» запуска источника питания происходит постепенное повышение напряжения на выходе канала +5 В, которое передается на вход TL494/1 внутреннего усилителя ошибки DA3. По мере увеличения разности потенциалов между входами усилителя DA3 на его выходе происходит изменение напряжения. Оно получает положительное приращение и достигает уровня, при котором открывается диод D1. Через открытый диод положительный потенциал проходит на внутренние каскады микросхемы TL494, а также на базу транзистора Q1. Повышение базового напряжения повторяется на эмиттере Q1 и передается на вход 7 компаратора микросхемы LM339. Когда напряжение на этом входе сравняется с уровнем, установленным на втором входе – выводе 6, произойдет переключение компаратора и на его выходе возникнет потенциал, близкий по значению выходному напряжению канала +5 В. Напряжение на выходе 1 компаратора появляется с задержкой относительно момента установки выходных уровней во вторичных каналах источника питания. Дополнительная задержка обеспечивается подключением к эмиттеру транзистора Q1 электролитического конденсатора C2. Заряд на конденсаторе нарастает плавно, задержку появления высокого уровня сигнала «питание в норме» можно регулировать как величиной емкости конденсатора C2, так и номиналом резистора R7, через который происходит процесс заряда. Таким образом, данная схема не содержит элементов слежения за уровнем напряжения непосредственно на выходе канала +5 В (за исключением усилителя DA3 микросхемы TL494). Решение о достижении вторичными напряжениями номинальных уровней принимается по виду сигнала на выводе TL494/3 в момент начала их активной регулировки микросхемой TL494.

В схеме, элементы которой изображены на рис. 3.22, формирование сигнала «питание в норме» производится при предполагаемом условии, что во вторичных цепях все процессы протекают нормально. Уровни вторичных напряжений в схеме не оцениваются. Схема разработана с учетом последовательности появления напряжений питания каскада ШИМ управления. Положительный перепад сигнала вырабатывается пороговыми схемами. Выходной каскад выполнен на транзисторном ключе, коллекторная нагрузка которого (резистор R6) подключена к напряжению вторичного канала +5 В.

Рис. 3.22. Схема формирования сигнала «питание в норме» (вариант 2)

Принцип работы электронной схемы, приведенной на рис. 3.22, становится понятным, если проследить динамику процесса появления питающих напряжений в каскаде ШИМ преобразователя. Когда источник питания подключается к первичной сети, возбуждается схема обеспечения начального питания каскада ШИМ управления. Появляется напряжение питания этого каскада, поступающее на TL494/12. При достижении этим напряжением уровня +7 В происходит запуск внутренних функциональных узлов схемы ШИМ преобразователя, а на его вывод 14 поступает опорное напряжение с номинальным уровнем +5 В. Этим опорным напряжением запитывается микросхема компаратора и от него же устанавливается уровень напряжения на выводах 5 и 6. В это время продолжается увеличение потенциала на TL494/14 и, соответственно, на стабилитроне D1. Пока его напряжение не превысит уровень стабилизации, потенциал на резисторе R1 будет оставаться нулевым. Уровень на выходе верхнего по схеме компаратора так же нулевой. На аноде диода D3, соединенном с входом 4 второго компаратора, напряжение имеет значение +0,8 В, до этого уровня через резистор R4 и заряжается конденсатор C1. Так как опорное напряжение на входе 5 больше уровня на входе 4, на выходе второго компаратора устанавливается напряжение, равное опорному. Транзисторным ключом Q1 высокий уровень инвертируется. Когда происходит «пробой» стабилитрона и напряжение на резисторе R1 достигает уровня опоры, установленной на входе DA1/7, компаратор переключается. Диод D3 оказывается под закрывающим напряжением. Напряжение на аноде D3 начинает плавно повышаться, благодаря заряду конденсатора C1. Постоянная времени заряда зависит от значения емкости самого конденсатора C1 и резистора R4. Потенциал на C1 нарастает до уровня опорного напряжения. В момент сравнения напряжений на входах DA2/4 и DA2/5 компаратор DA2 опрокидывается и на его выходе уровень спадает практически до потенциала общего провода. Транзисторный ключ на Q1 закрывается, на его коллекторе напряжение равно уровню, который в данный момент достигнут во вторичном канале +5 В. Применение компараторов в схеме обеспечивает формирование выходного сигнала с крутым фронтом. Без них изменение напряжения в цепи PG происходило бы плавно, отслеживая нарастание или спад уровня на конденсаторе C1.

На рис. 3.23 показан фрагмент принципиальной схемы вторичной цепи импульсного источника питания. В состав фрагмента включена цепь выпрямления и фильтрации напряжения канала +5 В, а также узел, вырабатывающий сигнал POWERGOOD, выполненный с применением компараторов из микросхемы LM339.

Рис. 3.23. Схема формирования сигнала «питание в норме» (вариант 3)

Особенность данной схемы состоит в том, что при включении источника питания происходит формирование сигнала «питание в норме» с задержкой относительно вторичных напряжений, а при отключении блока питания от сети этот служебный сигнал снимается до спада уровней вторичных напряжений.

Для работы узла формирования сигнала «питание в норме» используются только вторичные напряжения источника питания. Питание компараторов микросхемы LM339 осуществляется от стабилизированного напряжения канала +5 В. Этим же напряжением устанавливаются опорные уровни на входах компаратора. К одному из выводов вторичной обмотки канала +5 В подключен однополупериодный выпрямитель положительного напряжения на диоде D1. Выпрямитель нагружен на RC фильтр (элементы R1, C1) и резистивный делитель на R2 и R3. Керамический конденсатор C1 имеет относительно небольшую емкость (несколько тысяч пикофарад) по сравнению с фильтрующими конденсаторами, установленными на выходе канала +5 В. Заряд C1 происходит очень быстро и достигает уровня, равного амплитуде действующих на вторичной обмотке импульсов, то есть ~10 В. Когда напряжение на выводе LM339/3 возрастет до минимального уровня питания компараторов, на входе LM339/9 начнет действовать потенциал, превышающий значение напряжения на LM339/8. Напряжение на выходе компаратора DA1/14 будет иметь высокий уровень, его абсолютное значение будет определяться степенью заряда выходных конденсаторов канала +5 В. С некоторой задержкой относительно вывода 9 напряжение нарастает на входе 10, а уровень напряжения на LM339/11 зависит от времени заряда конденсатора C5. Заряд происходит через резистор R9. Емкость конденсатора C5 может составлять несколько микрофарад, а сопротивление резистора R9 примерно 50 кОм. Между выводами 9 и 11 включен резистор R7 достаточно большого номинала, благодаря которому обеспечивается развязка, а также разнесение по времени нарастания напряжений на них. В начальный момент работы схемы, когда заряд на конденсаторе C5 полностью отсутствует и ток, протекающий через него, максимален, напряжение на выводе LM339/11 определяется соотношением сопротивлений резисторов R7 и R8. Сопротивление R8 во много раз меньше, чем у резистора R7, поэтому потенциал в точке их соединения близок к уровню общего провода. Цепь заряда конденсатора C4 также имеет меньшую постоянную времени, чем цепь заряда конденсатора C5, поэтому более высокий уровень напряжения первоначально появляется на входе LM339/10. Выходное напряжение компаратора DA2 практически сразу после включения источника имеет на выходе низкий уровень. Через сопротивления резисторов R8 и R9 заряжается конденсатор C5. Когда напряжение на нем превысит потенциал на конденсаторе C4, произойдет переключение DA2 и на его выходе скачком появится высокий уровень напряжения.

Конденсаторы цепи фильтрации импульсного напряжения канала +5 В имеют достаточно большую емкость, чтобы сохранять заряд после отключения источника питания от сети. В цепи выпрямителя на диоде D1 установлен конденсатор небольшой емкости, уровень напряжения на котором быстро изменяется при флуктуациях напряжения на вторичной обмотке трансформатора T. В результате исчезновения импульсов напряжения на вторичной обмотке конденсатор C1 быстро разрядится. В точке соединения резисторов R2 и R3 уровень также упадет раньше, чем это произойдет на входе LM339/8. Уровень на выходе компаратора DA1 изменится от высокого к низкому. Выходной транзистор компаратора DA1 будет открыт, и через него начнется разряд конденсатора C5. Постоянная времени разряда этого конденсатора зависит от его собственной емкости и величины сопротивления резистора R8. Однако она значительно меньше, чем постоянная времени разряда конденсатора C4. Спад напряжения на C5 произойдет быстрее, чем на C4. На выходе компаратора DA2 высокий уровень также изменится на низкий. Сброс активного уровня на шине «питание в норме» информирует вычислительную систему о необходимости завершения рабочего цикла и остановки.

В главе 2 настоящей книги достаточно подробно рассмотрены основные способы подключения оборудования и методика подачи питающих напряжений на импульсные блоки питания. Цель наших рекомендаций заключается в том, чтобы максимально обезопасить процесс проведения измерений и диагностики. Общие положения и рекомендации по методике работ с импульсными бестрансформаторными источниками питания универсальны и применимы для узлов, описанию которых посвящена глава 3. Диаграммы напряжений для каскадов ШИМ преобразователя, промежуточного усилителя, а также полумостового усилителя мощности приведены в соответствующих разделах главы 2. Материал раздела 2.5 является базовым, поэтому перед чтением нижеследующего описания следует ознакомиться с положениями этого раздела. В главе 2 содержится перечень контрольно-диагностического оборудования для проведения проверок работоспособности различных узлов. Безусловно, каждое изделие имеет свои особенности тестирования, кроме того, организация рабочего места для работы требует индивидуального подхода. Материал данного раздела посвящен конкретным особенностям работы с импульсными источниками питания, построенными на основе принципиальной схемы, соответствующей рис. 3.2. Все предварительные проверки функционирования отдельных узлов импульсного преобразователя должны производиться только от внешних источников питания, указанных в описании. Применение иных источников питания и особенно подключение преобразователя непосредственно к сети переменного тока может привести к дальнейшему повреждению тестируемого прибора.

3.5.1. Проверка каскада ШИМ преобразователя

Если в процессе функционирования источника питания отмечены отклонения от его нормального режима работы или произошел полный его отказ, проверку работоспособности преобразователя следует производить поэтапно, последовательно включая узлы схемы. Последовательная проверка необходима как для локализации неисправности, так и для обеспечения максимальной безопасности. Для облегчения собственной работы по проверке функционирования каскадов формирования ШИМ последовательностей следует предварительно выяснить следующие ключевые моменты:

• какой способ подачи питания на ШИМ преобразователь применяется в данном изделии;

• какая схема защиты используется; при этом необходимо определить цепи микросхемы TL494, к которым подключаются каскады защиты.

Правильная идентификация типа схемы позволит правильно подключить внешние источники питания и измерительные приборы.

На начальном этапе целесообразно проконтролировать корректность процесса генерации импульсных последовательностей на выходах микросхемы IC1 и формирования сигналов внешнего возбуждения промежуточным усилителем на транзисторах Q3 и Q4. Для проверки работоспособности этих узлов достаточно двух источников стабилизированных положительных напряжений, а также осциллографа. При подключении оборудования электропитания все приборы должны быть обесточены. Схема подключения стабилизированных источников питания к узлу ШИМ преобразователя для проверки его функционирования приведена на рис. 3.24.

Рис. 3.24. Схема подключения стабилизированных источников к ШИМ преобразователю

Позиционные обозначения элементов соответствуют их обозначению на принципиальной схеме, представленной на рис. 3.2. На схеме показано, что диод D4 исключен из цепи, в которой он установлен. Это сделать необходимо, иначе во время проверки в отсутствие вторичных напряжений будет происходить срабатывание защиты и возникнет блокировка выходных каскадов микросхемы TL494. Остальные элементы преобразователя не окажут влияния на ход проверки. Отключение системы защиты необходимо произвести при работе с любым преобразователем. Предварительно следует определить тип схемы защиты, элементы, входящие в ее состав, чтобы при отключении не внести изменений в работу каскада ШИМ преобразователя.

Напряжение питания, подаваемое от внешнего стабилизированного источника 1 должно составлять +25 В. Уровень напряжения на источнике 2 должен быть равен +5 В. Оба внешних источника питания должны включаться одновременно. После включения источника 1 напряжение будет подано на микросхему IC1 и промежуточный усилитель на транзисторах Q3 и Q4. После подачи питания микросхема IC1 должна перейти в режим автоматической генерации импульсных последовательностей на своих выходах IC1/8 и IC1/11. Измерение параметров сигналов и контроль режимов работы элементов следует проводить относительно общего провода вторичной цепи (отрицательный полюс внешнего источника). Прохождение импульсных сигналов в данном режиме питания схемы преобразователя можно проверить через согласующий трансформатор T3, также их можно найти в базовых цепях силовых транзисторов усилителя мощности. Характеристики импульсов в базовой цепи транзистора Q5 измеряются относительно эмиттера Q5. Точно так же все измерения в базовой цепи Q6 производятся относительно эмиттера Q6. Источник питания 2 имитирует работу выходных цепей вторичного канала +5 В. Изменением в небольших пределах напряжения этого источника проверяется функция слежения ШИМ преобразователя за уровнем вторичного канала. При понижении уровня напряжения источника 2 положительные импульсы на коллекторах транзисторов Q3 и Q4 должны расширяться. При повышении напряжения источника выше номинального значения длительность положительных импульсов сокращается.

3.5.2. Безопасная проверка функционирования силового каскада

Если при проверке функционирования каскадов ШИМ преобразователя и промежуточного усилителя не обнаружено отклонений от нормального режима, можно подключать питающее напряжение к усилителю мощности. Для этого отрицательный полюс источника питания 1 следует соединить с эмиттерной цепью транзистора Q6, а положительный полюс этого же источника подключить к коллекторной цепи транзистора Q5. При этом все соединения, выполненные для проверки ШИМ преобразователя, должны быть сохранены.

После одновременного включения обоих внешних стабилизированных источников питания должна запуститься микросхема IC1. Если в каскаде усилителя мощности нет поврежденных элементов, то в точке соединения конденсаторов сетевого фильтра C10 и C11 уровень напряжения будет равен половине напряжения источника 1. На коллекторе Q6 должен наблюдаться трехуровневый импульсный сигнал, полный размах которого равен напряжению питания усилителя мощности.

Измерения режимов работы усилителя мощности следует проводить относительно эмиттерной цепи транзистора Q6.

При использовании внешних низковольтных источников постоянного напряжения на вторичных обмотках силового трансформатора T4 будут присутствовать импульсные колебания с пониженными уровнями, а именно: трехуровневые колебания с паузой, наблюдаемой при переходе сигнала через нулевой уровень. На выходах выпрямителей появятся униполярные импульсы. По частоте их следования можно оценить правильность работы каждого из диодов выпрямителя. В указанном режиме подключения источников питания импульсы на выходе выпрямителя канала +5 В будут отсутствовать.

По окончании проверки необходимо отключить все источники питания от преобразователя, а также восстановить все соединения, нарушенные в процессе подготовки к проведению диагностики.

3.5.3. Заключительная проверка блока питания

Завершающий этап контроля параметров импульсного источника питания следует выполнять только после предварительного прогона отдельных узлов от дополнительных внешних источников постоянного напряжения. На последней стадии все каскады преобразователя проверяются при подключении к источнику переменного напряжения номинального уровня, поэтому все неисправности должны быть устранены в процессе предварительной проверки.

Проведение проверки работоспособности всех функциональных узлов и проведение измерений с применением осциллографа следует выполнять при подключении тестируемого изделия к первичной сети через развязывающий трансформатор. Схема, демонстрирующая такое подключение, приведена на рис. 2.21. Трансформатор VT первичной обмоткой соединен с первичной сетью. К вторичной обмотке подключен тестируемый импульсный источник питания. Напряжение вторичной обмотки трансформатора должно укладываться в допуск на входное напряжение данного изделия. При соблюдении этого условия вторичные напряжения будут иметь номинальные уровни напряжений, все пороговые устройства системы защиты будут корректно работать. Измерения с помощью осциллографа можно производить относительно любой точки схемы.

Проведение ремонтных работ любого электронного устройства в большинстве случаев имеет комплексный характер. Поиск неисправности, ее локализация и устранение проводятся, как правило, с помощью контрольно-диагностических измерительных приборов. После любого вида ремонтно-восстановительных работ необходимо проводить тщательную предварительную проверку функционирования узлов блока питания по методике, приведенной в предыдущем пункте. В некоторых случаях постепенная проверка каскадов позволяет обнаружить дефекты, не выявленные ранее, и проконтролировать правильность проведенных замен элементов. Все операции по измерению электрических режимов работы элементов силового каскада следует проводить согласно рис. 2.21 при подключении источника питания к сети через трансформатор развязки.

При проведении диагностики основных полупроводниковых приборов необходимо проверять и пассивные элементы, задающие электрические режимы функционирования активных компонентов. Нередко дефект, вызванный отказом именно пассивных элементов, является причиной потери работоспособности узла на активных приборах. Перед принятием окончательного решения по поводу замены убедитесь в нормальном состоянии печатных проводников платы и пассивных элементов.

Безусловно, в качестве рекомендаций по проведению ремонтных работ следует особо отметить необходимость всестороннего анализа причин, которые могли привести к появлению дефекта или отказу работоспособности. При выявлении причины нужно восстановить логику действий, вызвавших тот или иной отказ, на основании которых легче спрогнозировать возможные неисправности элементов и локализовать их. Если возникает необходимость замены элементов, ее следует проводить с использованием оригинальных компонентов или самых близких функциональных аналогов. При этом подборе элементов в первую очередь учитываются параметры, наиболее критичные для функционирования в конкретных условиях. К ним могут относиться тепловые режимы, максимальные величины тока или напряжения используемого прибора. Локализовать неисправный узел можно по внешним признакам проявления дефекта и, соответственно, наметить план действий по выявлению возникшей неисправности.

При включении блока питания сгорает предохранитель.

Возможная причина: в каскаде усилителя мощности неисправны силовые транзисторы.

Алгоритм поиска неисправности:

1. При отключенном электропитании импульсного преобразователя тестером провести проверку целостности внутренней структуры силовых транзисторов Q5 и Q6. Дополнительно проверить отсутствие электрического контакта корпусов этих транзисторов с радиатором. Во время проверки транзисторов следует учитывать, что во внутренней структуре мощных полупроводниковых приборов могут быть включены дополнительные диоды между эмиттером и коллектором или между эмиттером и базой.

2. Если требуется замена транзисторов, то аналоги должны соответствовать оригинальным приборам по рабочим уровням напряжений, тока, а также по частотным характеристикам. Выход из строя силовых транзисторов может повлечь за собой отказ пассивных элементов, установленных в базовых цепях транзисторов Q5 и Q6. Перед проведением контрольных прогонов при подключенном напряжении питания эти элементы также должны быть предварительно проверены.