Искусство схемотехники. Том 1 (Изд.4-е)
Шрифт:
Мостовой выпрямитель (BR1), питающийся от сети, заряжает конденсаторы фильтра С30, C31, С32 и С40(Тр2 — это не трансформатор, обратите внимание на включение, а фильтр подавления помех). Заряженные конденсаторы подключаются к первичной обмотке трансформатора (выводы 1 и 3) с помощью мощного транзистора Т15, переключающее колебание (прямоугольный импульс переменной длительности фиксированной частоты) для которого вырабатывается ИС U3 (импульсным стабилизатором с ШИМ).
Вторичная обмотка (на самом деле их три, по одной на каждое
В импульсных источниках с несколькими выходами для обратной связи можно использовать только один выход. Для этих целей обычно используют источник питания логики +5 В; так поступили и в данном случае: R10 снимает часть (точнее 50 %) выходного напряжения +5 В, которая сравнивается с внутренним эталонным напряжением +2,5 В на U4, и, если напряжение слишком велико, включается фотодиод U2A. Фотодиод имеет оптическую связь с фототранзистором U2B, который изменяет длительность импульсов U3 и поддерживает выходное напряжение на уровне +5 В. Таким образом, блок, помеченный на рис. 6.45 как «изоляция», представляет собой оптопару (см. разд. 9.10).
До этого момента мы объяснили назначение около 25 % компонентов рис. 6.46. Остальные необходимы для того, чтобы справиться с такими проблемами, как а) защита от короткого замыкания, б) отключение при перенапряжениях и пониженном напряжении, в) вспомогательный источник для схемы стабилизации, г) фильтрация сети переменного тока и д) линейная постстабилизация источников ± 12 В. Объясним эту часть схемы более подробно.
На входе сети переменного тока мы обнаруживаем 4 конденсатора: и пару последовательных индуктивностей, образующих в сочетании фильтр для подавления радиопомех. Это, конечно, всегда полезно очистить сеть переменного тока при подаче ее в устройство (см. разд. 6.11); в данном случае, однако, необходима дополнительная тщательная фильтрация для того, — чтобы радиочастотные помехи, создаваемые внутри машины (главным образом, за счет переключений в источнике питания), не излучались через силовую сеть. Обратите внимание также на перемычку Е8Е9, которая преобразует вход из двухполупериодного моста (перемычка снята) в двухполупериодный удвоитель напряжения (перемычка установлена); изготовители, желающие экспортировать свою электронную продукцию, должны обеспечить совместимость с сетью 110/220 В; это значительно проще сделать в случае импульсных источников.
Термисторы RT1 и RT2 используются для ограничения высокого пускового тока, когда источник включается первый раз и сеть обнаруживает в некоторой точке несколько сотен микрофарад незаряженной емкости. Без термисторов (или без других средств) пусковой ток легко может превысить 100 А! Термисторы дают всего один-два Ома последовательного сопротивления, которое падает почти до нуля, когда они прогреты. Даже при использовании термисторов пусковой ток может быть весьма значительным: источник питания имеет специфицированный «входной экстраток» 70 А макс.
Последовательные индуктивности L5 и L7 величиной 100 мкГн в нестабилизированном источнике также предназначены для фильтрации импульсных помех, а шунтирующие резисторы 82 кОм (R35 и R46) служат для обеспечения полного разряда конденсаторов фильтра после отключения питания. Несколько дополнительных «амортизирующих» пассивных компонентов использованы для демпфирования больших всплесков напряжения, которые могли бы привести к повреждению переключающего транзистора Т15. Функция CR11 более тонкая — он искусно возвращает неиспользованную энергию трансформатора на конденсаторы фильтра С30 и С40.
Двигаясь вниз, мы сталкиваемся с поистине хитроумной схемой, называемой «вспомогательный источник». Для работы ИС контроллера ШИМ и связанных с ним схем требуется низковольтный и слаботочный источник постоянного напряжения. Одной из возможностей является использовать отдельный небольшой линейный источник со своим собственным сетевым трансформатором и т. п.
Соблазнительно, однако, подвесить еще одну обмотку (с однополупериодным выпрямителем) на Т1, избавляясь от отдельного трансформатора. Как раз это и сделал здесь разработчик с помощью 4-витковой обмотки (выводы 9 и 10), напряжение с которой выпрямляется и фильтруется элементами CR9 и С31. Этот простой источник формирует выход с номинальным напряжением 15 В.
Наблюдательный читатель может заметить в этой схеме один изъян: схема не может запустить сама себя, поскольку вспомогательное напряжение появляется только тогда, когда уже работает источник питания! Оказывается, что это старая проблема: разработчики телевизоров любят пошутить таким же образом, формируя все свои низковольтные напряжения от вспомогательных обмоток на высокочастотном трансформаторе горизонтальной развертки. Эта проблема решается с помощью так называемой схемы с ударным запуском, в которой для запуска схемы привлекается некоторое нестабилизированное напряжение; однажды запущенный, источник поддерживает сам себя от постоянного напряжения, полученного от собственного трансформатора. В данной схеме ударный запуск поступает через R42 и при включении питания начинает заряжать С31. Далее ничего не происходит, пока напряжение на конденсаторе не превысит напряжение стабилитрона CR10 на величину прямого падения напряжения диодного p-n– перехода тиристорнообразное сочетание Т10 и Т11 переключается в состояние проводимости (подумайте, как это работает), ослабляя заряд С37 за счет конденсатора С28 и обеспечивая, таким образом, кратковременную подачу питания на управляющую схему (U3 и все компоненты влево от нее). Раз генератор запустился, CR9 начинает вырабатывать напряжение 15 В и ток, достаточный для непрерывной работы управляющей схемы (R42 обеспечить это не в состоянии).
Большинство компонентов вокруг U3 обслуживают ее (С27и R31, например, устанавливают частоту повторения импульсов 25 кГц). На стороне входа U2B обеспечивает общую обратную связь для поддержания выхода на уровне +5 В, как ранее описано. Т8 и Т9 образуют еще одну тиристорноподобную защелку; здесь она запускается для того, чтобы «заткнуть» генератор (и последовательный фиксирующийся ключ Т10Т11), если ток эмиттера Т15 (считываемый с помощью R44) становится слишком большим, например, если источник питания обнаруживает короткое замыкание на выходе.
Последовательная цепочка R43C25 обеспечивает постоянную времени около 1 мкс, так что схема не будет запускаться от импульсных всплесков. На блокирующую схему поступает также сигнал от делителя R26R24, который подавляет генерацию, если входное переменное напряжение становится ниже 90 В. На выходной стороне U3 транзисторы Т12– Т14 вырабатывают сильноточный двухтактный запуск на базу Т15, используя задействованный в ИС одним выводом n-p-n– транзистор (объясните, как). Обратите внимание на «петлю IС», провод соответствующей длины в коллекторе Т15, которая позволяет наблюдать форму тока на осциллографе, используя зажимной токовый щуп (посмотрите, например, каталог фирмы Tektronix).