Диодные мосты для блока питания: Диодный мост в блоке питания компьютера

Содержание

Диодный мост в блоке питания компьютера

Дата: 29.08.2015 // 0 Комментариев

Диодный мост — важный элемент в цепи питания любого устройства, без него редко обходится работа любого блока питания или выпрямителя. Процесс проверки диодного моста будет интересный не только радиолюбителям, но и автомобилистам. Состоит это устройство из четырех диодов, собранных по мостовой схеме, и может быть выполнено как в едином корпусе, так с помощью отдельных диодов. В автомобиле мост состоит из шести диодов, если генератор трехфазный. О том, как проверить диодный мост читаем далее.

Более подробно о принципе работы диодного моста можно ознакомиться в предыдущей нашей статье.

Как проверить диодный мост?

В случае, если мост состоит из отдельных диодов, необходимо поочередно их выпаивать и проверять. Принцип проверки детально читаем в статье о том, как проверить диод.

Пример того, как проверить диодный мост мы покажем на диодной сборке. Подопытная сборка — GBU408, 4A 800V. В данном корпусе заключены четыре диода связанным между собой должным образом. Если хоть один из диодов окажется неработоспособным, придется заменить весь мост целиком.

Для удобства проверки диодов изображена схема, по которой соединены диоды в данном корпусе. Она поможет протестировать каждый диод и не запутаться с выводами.

Тест диода D1 – выводы 1;3.

Тест диода D2 – выводы 3;4.

Тест диода D3 – выводы 1;2.

Тест диода D4 – выводы 2;4.

В данном случае все диоды работают исправно, такой диодный мост рабочий.

Как проверить диодный мост без мультиметра?

Есть еще несколько способов, как проверить диодный мост если нет под рукой мультиметра. Например, стоит подать постоянное напряжение на вход диодного моста и измерить его потом на выходе. Поменяв после этого полярность напряжения, на входе смотреть на показатели вольтметра. Если показатели напряжения не изменяются в зависимости от полярности, в принципе можно сказать, что мост выполняет свою функцию.

В этой статье, я немного расскажу об основах ремонта компьютерных, импульсных блоков питания стандарта ATX. Это одна из первых моих статей, я написал её примерно 5 лет назад, по этому прошу строго не судить.

Меры предосторожности.
Ремонт импульсных БП, довольно опасное занятие, особенно если неисправность касается горячей части БП. Поэтому делаем всё вдумчиво и аккуратно, без спешки, с соблюдением техники безопасности.

Для того чтобы избежать фейерверка и сохранить ещё живые элементы следует впаять 100 ватную лампочку вместо предохранителя. Если при включении БП в сеть лампа вспыхивает и гаснет – все нормально, а если при включении лампа зажигается и не гаснет – где-то короткое замыкание.

Проверять блок питания после выполненного ремонта следует вдали от легко воспламеняющихся материалов.

Паяльник, припой, флюс. Рекомендуется паяльная станция с регулировкой мощности или пара паяльников разной мощности. Мощный паяльник понадобиться для выпаивания транзисторов и диодных сборок, которые находятся на радиаторах, а так же трансформаторов и дросселей. Паяльником меньшей мощности паяется разная мелочевка.
Отсос для припоя и (или) оплетка. Служат для удаления припоя.
Отвертка
Бокорезы. Используются для удаления пластиковых хомутов, которыми стянуты провода.
Мультиметр
Пинцет
Лампочка на 100Вт
Очищенный бензин или спирт. Используется для очистки платы от следов пайки.
Устройство БП.

Немного о том, что мы увидим, вскрыв блок питания.

Внутреннее изображение блока питания системы ATX

A – диодный мост, служит для преобразования переменного тока в постоянный

B – силовые конденсаторы, служат для сглаживания входного напряжения

Между B и C – радиатор, на котором расположены силовые ключи

C – импульсный трансформатор, служит для формирования необходимых номиналов напряжения, а также для гальванической развязки

между C и D – радиатор, на котором размещены выпрямительные диоды выходных напряжений

D – дроссель групповой стабилизации (ДГС), служит для сглаживания помех на выходе

E – выходные, фильтрующие, конденсаторы, служат для сглаживания помех на выходе

Распиновка разъема 24 pin и измерение напряжений.

Знание контактов на разъеме ATX нам понадобится для диагностики БП. Прежде чем приступать к ремонту следует проверить напряжение дежурного питания, на рисунке этот контакт отмечен синим цветом +5V SB, обычно это фиолетовый провод. Если дежурка в порядке, то следует проверить наличие сигнала POWER GOOD (+5V), на рисунке этот контакт помечен серым цветом, PW-OK. Power good появляется только после включения БП. Для запуска БП замыкаем зеленый и черный провод, как на картинке. Если PG присутствует, то, скорее всего блок питания уже запустился и следует проверить остальные напряжения. Обратите внимание, что выходные напряжения будут отличаться в зависимости от нагрузки. Так, что если увидите на желтом проводе 13 вольт, не стоит беспокоиться, вполне вероятно, что под нагрузкой они стабилизируются до штатных 12 вольт.

Если у вас проблема в горячей части и требуется измерить там напряжения, то все измерения надо проводить от общей земли, это минус диодного моста или силовых конденсаторов.

Первое, что следует сделать, вскрыть блок питания и произвести визуальный осмотр.

Если БП пыльный вычищаем его. Проверяем, крутится ли вентилятор, если он стоит, то это, скорее всего и является причиной выхода из строя БП. В таком случае следует смотреть на диодные сборки и ДГС. Они наиболее склонны к выходу из строя из- за перегрева.

Далее осматриваем БП на предмет сгоревших элементов, потемневшего от температуры текстолита, вспученных конденсаторов, обугленной изоляции ДГС, оборванных дорожек и проводов.

Перед вскрытием блока питания можно попробовать включить БП, чтобы наверняка определиться с диагнозом. Правильно поставленный диагноз – половина лечения.

БП не запускается, отсутствует напряжение дежурного питания
БП не запускается, но дежурное напряжение присутствует. Нет сигнала PG.
БП уходит в защиту,
БП работает, но воняет.
Завышены или занижены выходные напряжения
Предохранитель.

Меры предосторожности.

Ремонт импульсных БП, довольно опасное занятие, особенно если неисправность касается горячей части БП. Поэтому делаем всё вдумчиво и аккуратно, без спешки, с соблюдением техники безопасности.

Силовые конденсаторы могут длительное время держать заряд, поэтому не стоит прикасаться к ним голыми руками сразу после отключения питания. Ни в коем случае не стоит прикасаться к плате или радиаторам при подключенном к сети блоке питания.
Для того чтобы избежать фейерверка и сохранить ещё живые элементы следует впаять 100 ватную лампочку вместо предохранителя. Если при включении БП в сеть лампа вспыхивает и гаснет – все нормально, а если при включении лампа зажигается и не гаснет – где-то короткое замыкание.
Проверять блок питания после выполненного ремонта следует вдали от легко воспламеняющихся материалов.

Какой инструмент понадобится:

Паяльник, припой, флюс. Рекомендуется паяльная станция с регулировкой мощности или пара паяльников разной мощности. Мощный паяльник понадобиться для выпаивания транзисторов и диодных сборок, которые находятся на радиаторах, а так же трансформаторов и дросселей. Паяльником меньшей мощности паяется разная мелочевка.
Отвертка.
Бокорезы. Используются для удаления пластиковых хомутов, которыми стянуты провода.
Мультиметр.
Пинцет.
Лампочка на 100Вт.
Очищенный бензин или спирт. Используется для очистки платы от следов пайки.

Устройство БП.

Что мы увидим, вскрыв блок питания.

Распиновка разъема 24 pin и измерение напряжений.

Визуальный осмотр.

Первое, что следует сделать, вскрыть блок питания и произвести визуальный осмотр.
Если БП пыльный вычищаем его. Проверяем, крутится ли вентилятор, если он стоит, то это, скорее всего и является причиной выхода из строя БП. В таком случае следует смотреть на диодные сборки и ДГС. Они наиболее склонны к выходу из строя из- за перегрева.
Далее осматриваем БП на предмет сгоревших элементов, потемневшего от температуры текстолита, вспученных конденсаторов, обугленной изоляции ДГС, оборванных дорожек и проводов.

Первичная диагностика.

Неисправности:

БП не запускается, отсутствует напряжение дежурного питания;
БП не запускается, но дежурное напряжение присутствует. Нет сигнала PG;
БП уходит в защиту;
БП работает, но воняет;
Завышены или занижены выходные напряжения.

Предохранитель.

Если вы обнаружили, что сгорел плавкий предохранитель, не спешите его менять и включать БП. В 90% случаев вылетевший предохранитель это не причина неисправности, а её следствие. В таком случае в первую очередь надо проверять высоковольтную часть БП, а именно диодный мост, силовые транзисторы и их обвязку.

Термистор.

Задачей термистора является снижение броска тока при включении. При возникновении высоковольтного импульса сопротивление термистора резко уменьшается до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. При перенапряжении в сети термистор резко уменьшает свое сопротивление, и возросшим током через него выжигается плавкий предохранитель. Остальные элементы блока питания при этом остаются целыми.

Термистор выходит из строя из-за скачков напряжения, вызванными например грозой. Так же термисторы выходят из строя, если по ошибке вы переключили БП в режим работы от 110в. Вышедший из строя термистор обычно определить не сложно. Обычно он чернеет и раскалывается, а на окружающих его элементах появляется копоть. Вместе с термистором обычно перегорает предохранитель. Замену предохранителя можно производить только после замены термистора и проверки остальных элементов первичной цепи.

Диодный мост.

Диодный мост представляет собой диодную сборку или 4 диода стоящие рядом друг с другом. Проверить диодный мост можно без выпаивания, прозвонив каждый диод в прямом и обратном направлениях. В прямом направлении падение тока должно быть около 500мА, а в обратном звониться как разрыв.

Диодные сборки измеряются следующим образом. Ставим минусовой щуп мультиметра на ножку сборки с отметкой «+», а плюсовым щупом прозваниваем в направления указанных на картинке.

Конденсаторы.

Вышедшие из строя конденсаторы легко определить по выпуклым крышкам или по вытекшему электролиту. Конденсаторы заменяются на аналогичные. Допускается замена на конденсаторы немногим большие по ёмкости и напряжению. Если из строя вышли конденсаторы в цепи дежурного питания, то блок питания будет включаться с n-ого раза, либо откажется включаться совсем. Блок питания с вышедшими из строя конденсаторами выходного фильтра будет выключаться под нагрузкой либо так же полностью откажется включаться, будет уходить в защиту.

Иногда, высохшие, деградировавшие, конденсаторы выходят из строя, без каких либо видимых повреждений. В таком случае следует, предварительно выпаяв конденсаторы проверить их емкость и внутренние сопротивление. Если емкость проверить нечем, меняем все конденсаторы на заведомо рабочие.

Резисторы.

Номинал резистора определятся по цветовой маркировке. Резисторы следует менять только на аналогичные, т.к. небольшое отличие в номиналах сопротивления может привести к тому, что резистор будет перегреваться. А если это подтягивающий резистор, то напряжение в цепи может выйти за пределы логического входа, и ШИМ не будет генерировать сигнал Power Good. Если резистор сгорел в уголь, и у вас нет второго такого же БП, чтобы посмотреть его номинал, то считайте, что вам не повезло. Особенно, это касается дешевых БП, на которые практически не возможно достать принципиальных схем. Ниже представлена таблица цветовой маркировки резисторов:

Диоды и стабилитроны.

Проверяются методом прозвона в обе стороны. Если звонятся в обе стороны как К.З. или разрыв, то не исправны. Сгоревшие диоды следует менять на аналогичные или сходные по характеристикам, внимание обращаем на напряжение, силу тока и частоту работы.

Транзисторы, диодные сборки.

Транзисторы и диодный сборки, которые установлены на радиатор, удобнее всего выпаивать вместе с радиатором. В «первичке» находятся силовые транзисторы, один отвечает за дежурное напряжение, а другие формируют рабочие напряжения 12в и 3,3в. Во вторичке на радиаторе находятся выпрямительные диоды выходных напряжений (диоды Шоттки).

Проверка транзисторов заключается в “позвонке” р-п-переходов, также следует проверить сопротивление между корпусом и радиатором. Транзисторы не должны замыкать на радиатор. Проверка диодного моста: Если он выполнен в виде отдельной сборки, его нужно просто аккуратно выпаять и протестировать уже разделенную цепь на печатной плате. В том случае, если выпрямитель выполнен из отдельных диодов, вполне возможно проверить его, не выпаивая их все из платы. Достаточно прозвонить каждый из них на короткое замыкание в обоих направлениях, и выпаивать только подозреваемые в неисправности. Исправный диод должен иметь сопротивление в прямом направлении около 600 Ом и в обратном — порядка 1. 3 МОм.

Если все транзисторы и диодные сборки оказались исправные, то не спешите запаивать радиаторы обратно, т.к. они затрудняют доступ к другим элементам.

ШИМ.

Если ШИМ визуально не поврежден и не греется, то без осциллографа его проверить довольно сложно.
Простым способом проверки ШИМ, является проверка контрольных контактов и контактов питания на пробой.
Для этого нам понадобиться мультиметр и дата шит на микросхему ШИМ. Диагностику ШИМ следует проводить, предварительно выпаяв её. Проверка производится прозвоном следующих контактов относительно земли (GND): V3.3, V5, V12, VCC, OPP. Если между одним из этих контактов и землей сопротивление крайне мало, до десятков Ом, то ШИМ под замену.

Способ проверки внутреннего стабилизатора: Суть способа заключается в проверке внутреннего стабилизатора микросхемы. Этот метод годится для модели tl494 и ее полных аналогов. При отключенном от сети блоке питания нужно подать на 12-ю ножку микросхемы постоянное напряжение от +9 до +12 вольт, при этом подсоединив «минус» к 7-ой ножке, после чего необходимо замерить напряжение на 14-й ножке — оно должно быть равно 5 вольтам. Если напряжение сильно отклонено (±0.5 В), это свидетельствует о неисправности внутреннего стабилизатора микросхемы. Данный элемент лучше купить новый.

По поводу ремонта дежурного питания что-либо конкретное посоветовать трудно — может сгореть все, что угодно, но это компенсируется довольно простым устройством данной части. Будет вполне достаточно полазить по форумам по данной тематике, чтобы найти причину неисправности и метод ее устранения.

Дежурное питание и POWER GOOD.

Теперь рассмотрим другую ситуацию: предохранитель не сгорает, все элементы, упомянутые выше, исправны, но устройство не запускается.

Немного отойдем от темы и вспомним, как работает блок питания стандарта АТХ. В ждущем режиме (именно в нем находится «выключенный» компьютер) БП все равно работает. Он обеспечивает дежурное питание для материнской платы, чтобы ты мог включить или отключить компьютер кнопкой, по таймеру, или при помощи какого-либо устройства. «Дежурка» представляет собой 5 вольт, которые постоянно (пока компьютер включен в электрическую сеть) подаются на материнскую плату. Когда ты включаешь компьютер, материнская плата формирует сигнал PS_ON и запускает блок питания. В процессе запуска системы проходит проверка всех питающих напряжений и формируется сигнал POWER GOOD. В том случае, если по каким-либо причинам напряжение сильно завышено или занижено, этот сигнал не формируется, и система не стартует. Впрочем, как уже упомяналось выше, во многих NONAME блоках питания защита отсутствует напрочь, что пагубно сказывается на всем компьютере.

Итак, первым делом нужно проверить наличие 5 вольт на контактах +5VSB и PS_ON. Если на какомто из этих контактов напряжения нет или оно сильно отличается от номинала, это указывает на неисправности либо в цепи вспомогательного преобразователя (если нет +5 vsb), либо на неисправность ШИМ контроллера или его обвязки (неработоспособность PS_ON).

Дроссель групповой стабилизации (ДГС).

Выходит из строя из-за перегрева (при остановке вентилятора) или из-за просчетов в конструкции самого БП (пример Microlab 420W). Сгоревший ДГС легко определить по потемневшему, шелушащемуся, обугленному изоляционному лаку. Сгоревший ДГС можно заменить на аналогичный или смотать новый. Если вы решите смотать новый ДГС, то следует использовать новое ферритовое кольцо, т.к. из за перегрева старое кольцо могло уйти по параметрам.

Трансформаторы.

Для проверки трансформаторов их следует предварительно выпаять. Их проверяют на короткозамкнутые витки, обрыв обмоток, потерю или изменение магнитных свойств сердечника.

Чтобы проверить трансформатор на предмет обрыва обмоток достаточно простого мультиметра, остальные неисправности трансформаторов определить гораздо сложнее и рассматривать их мы не будем. Иногда пробитый трансформатор можно определить визуально.

Опыт показывает, что трансформаторы выходят из строя крайне редко, поэтому их нужно проверять в последнюю очередь.

Профилактика вентилятора.

После удачного ремонта следует произвести профилактику вентилятора. Для этого вентилятор надо снять, разобрать, почистить и смазать.

Отремонтированный блок питания следует длительное время проверить под нагрузкой.
Прочитав эту статью, вы самостоятельно сможете произвести легкий ремонт блока питания, тем самым сэкономив пару монет и избавить себя от похода в сервис или магазин.

Какие диоды нужны для диодного моста. Наиболее важные характеристики диода для выпрямителя тока. « ЭлектроХобби

Диодный мост используется там, где есть необходимость в получении постоянного тока из переменного. То есть, если взять самый обычный трансформаторный блок питания, то в его основных элементах будет присутствовать – понижающий трансформатор (с железным магнитопроводом), диодный выпрямительный мост, фильтрующий конденсатор (электролит относительно большой емкости). Силовой трансформатор из более высокого сетевого напряжения, величиной 220 вольт, делает более низкое (стандартными напряжениями являются 3, 5, 6, 9, 12, 24 вольта). Но, с выхода этого трансформатора выходит (так же как и входит) переменный ток. И для того, чтобы из переменного тока сделать постоянный, то есть его выпрямить, и используется диодный мост. Но, на выходе моста мы получим постоянный ток, который будет иметь форму скачков напряжения. Эти скачки сглаживаются фильтрующим конденсатором электролитом.

В этой теме давайте с Вами рассмотрим, как именно правильно подобрать диодный мост, и на какие основные и важные параметры, характеристики в первую очередь обращать внимание. Как известно, диодный мост состоит из четырёх одинаковых диодов, спаянных определенным образом (схема диодного моста). Для примера возьмём такой популярный диод, как 1N4007.

1 » Максимальный долговременный прямой ток.

Максимальный долговременный прямой ток – это одна из наиболее важных характеристик диода. К примеру, у диода (1N4007) этот ток равен 1 ампер. Это значит, что при температуре не выше 75 °С данный диод спокойно может через себя пропускать силу тока до 1 ампера без ущерба для себя (не получая тепловой или электрический пробой). Ток выше 1 ампера уже грозит увеличением вероятности пробоя и последующего выхода из строя (либо при сгорании он станет диэлектриком, то есть его внутреннее сопротивление уже будет бесконечно большим, или же после сгорания он, наоборот, станет проводником, у которого сопротивление станет очень малым). При выборе диодов для мостов и готовых диодных сборок мостов нужно делать некий запас по току. Например, Ваш блок питания должен выдавать на выходе максимальный ток 0,5 ампера, и поставив диодный мост на 1 ампер мы получим 50% запас по току, что обеспечивает на дополнительную защиту от случайных токовых перегрузок до 1 ампера. Это позволит обеспечить дополнительную надёжность работающего диодного моста в блоке питания.

2 » Максимальное обратное напряжение диодов в диодном мосте.

Максимальное обратное напряжение диодов – это та максимальная величина амплитудного напряжения, которое будет приложено к диоду при его обратном включении. Напомню, что обратное включение диода, это когда плюс источника питания подсоединяется к минусу (катоду) диода, а минус источника питания подсоединяется к плюсу диода (аноду). То есть, наоборот, плюс к минусу, а минус к плюсу. При этом подключении (обратном) диод находится в закрытом состоянии, его сопротивление бесконечно большое. Следовательно, максимальная амплитуда напряжения оседает на диоде. Максимальное обратное напряжение у нашего (к примеру взятого) диода 1N4007 равна 1000 вольтам (1кВ). Это значит, что диодный мост, собранный на таких диодах может выдерживать амплитудное переменное напряжение аж до 1000 вольт. Напряжение выше этого значения уже, как и в случае с током, увеличивает вероятность электрического пробоя диода, с последующим выходом его из строя. При подборе диода по этой характеристики также делайте некий запас (от 25% до 100%, а то и более). Хотя 1000 вольт это и так достаточно много!

3 » Максимальная рабочая частота диода.

Максимальная рабочая частота диода – это наиболее высокая частота, на которой диод (диодный выпрямительный мост) может работать не теряя свои номинальные характеристики, функционировать (переходить из закрытого состояния в открытое и обратно) с максимальный быстродействием, сохраняя свою надёжность. Наш диод серии 1N4007 имеет максимальную рабочую частоту 1 мГц. Это достаточно высокая частота. Работая в схеме обычного блока питания (запитываемого от сети с частотой 50 Гц) этих диодов более чем будет достаточно, касательно этой характеристики. И даже они нормально будут работать в схемах импульсных БП, где обычно используется частота около 10-18 кГц.

4 » Интервал рабочих температур диода.

Интервал рабочих температур диода, что будет работать в схеме диодного моста – это температурная характеристика диода. Она говорит о том, что в определённом диапазоне температур диод будет нормально работать, и его другие параметры останутся в рамках допустимого (поскольку температура полупроводника влияет на электрические характеристики, например изменением внутреннего сопротивления диода). У диода 1N4007 интервал рабочих температур лежит в пределах -65…+175°С. При очень низких температура вряд ли в быту Вы будете использовать диодный мост, а вот высокая температура легко может образоваться при прохождении большой величины тока. Причем, как известно, большинство диодов, и мостов сделаны из кремния. Кремний имеет свою критическую температуру, после которой он начинает необратимо разрушаться. Эта температура около 150-180°С. Работа диода на предельных температурах, это также не совсем хорошо. Нормальной температурой для работы полупроводников можно считать от 0 до 60 °С.

5 » Падение напряжения на диоде.

Падение напряжения на диоде – это то напряжение, которое присутствует на диоде при его прямом включении. Как я ранее говорил о обратном напряжении диода, так вот прямое включение диода, это когда плюс диода (его анод) подключен к плюсу источника питания, а минус диода (его катод) подключен к минусу источника питания. При таком подключении диод находится в открытом состоянии, через него нормально проходит ток. Но даже в открытом состоянии диод имеет своё некоторое внутреннее сопротивление, которое и вызывает определенное падение напряжения на этом диоде. К примеру на нашем диоде 1N4007 при токе в 1 ампер падение напряжения составляет около 1,1 вольта. В общем это самое падение напряжения у диодов из кремния лежит в пределах от 0,6 до 1,2 вольта. На это падение напряжения влияет и сила тока, которая проходит через этот диод. А в целом, чем меньше это самое падение напряжения на полупроводнике, тем меньшая мощность на нём оседает, тем меньше он будет грется, тем лучше (для некоторых схем очень важно, чтобы было как можно меньшее падение напряжения на диоде).

6 » Максимальный импульсный ток.

Максимальный импульсный ток диода. Этот пункт логичнее было указать вторым, но я его опустил по причине упорядочивания по важности характеристик диода. Итак, первым пунктом у нас было максимальный долговременный ток, то есть ток, величина которого постоянна во времени. Импульсный ток уже характеризует амплитудное значение силы тока. Во времени это ток может меняться, и в некоторые моменты времени быть равен нулю. Поэтому общая мощность, которая будет оседать на диоде при прохождении через него импульсного тока будет меньше, чем та, которая была бы при долговременном токе. К примеру, для диода 1N4007 при длительности импульса 3.8 мс величина тока равна 30 ампер. И тут мы видим ощутимую разницу. Если при длительном токе диод может выдерживать до 1 ампера, то при импульсном это значение увеличилось аж в 30 раз.

P.S. Это и были основные характеристики диодов, которые будут работать в диодном мосте, на которые нужно обращать внимание при выборе. Хотя если свести к еще большей простоте, то для обычных трансформаторных блоков питания важны две характеристики, это максимальный длительный ток и обратное напряжение (первый и второй пункт в моей статье). Все остальные параметры обычно у современных диодов достаточно велики и их более чем достаточно для всех диодных мостов, которые могут быть использованы для простых блоков питания.

НИЖЕ ВИДЕО ПО ЭТОЙ ТЕМЕ

Как правильно подобрать диодный мост или диоды для выпрямителя, на какие параметры в первую очередь нужно обращать внимание

Ссылка для просмотра этого видео на моем канале в Дзене

PSU 101: Мостовые выпрямители и APFC

Мостовые выпрямители и APFC

Мостовые выпрямители

Один или несколько мостовых выпрямителей полностью выпрямляют поток питания переменного тока после того, как он проходит фильтр электромагнитных помех/переходных процессов. Во время этого процесса переменный ток преобразуется в постоянный с повышенным уровнем напряжения (если у нас есть вход 230 В, то выход постоянного тока мостового выпрямителя будет √2×230 = 325,27 В постоянного тока). После этого сигнал постоянного тока подается на полевые транзисторы каскада APFC.

Преобразователь активной коррекции коэффициента мощности (APFC)

Прежде чем говорить об этапе APFC, давайте рассмотрим некоторые основные понятия. Коэффициент мощности определяется как отношение активной мощности к полной мощности (кВт/кВА), а мощность представляет собой произведение напряжения и тока (P = V x I) .

У нас есть два основных типа нагрузки: резистивная (нагрузка состоит только из резисторов) и реактивная (нагрузка состоит из катушек индуктивности, конденсаторов или того и другого). В эталонной системе с линейной нагрузкой, которая питается от сети переменного тока, кривые тока и напряжения являются синусоидальными (синусоида или синусоида — это математическая функция, описывающая плавные повторяющиеся колебания). Если нагрузка чисто резистивная, то две вышеуказанные величины одновременно меняют полярность (угол фаз между напряжением и током равен 0 градусов), поэтому в каждый момент произведение напряжения и тока положительно. Это означает, что направление потока энергии не изменяется, поэтому в нагрузку передается только реальная мощность.

В случаях, когда нагрузка является чисто реактивной, существует временной сдвиг (теоретически максимум 90 градусов, но обычно 45 градусов) между напряжением и током, поэтому произведение этих двух величин для половины каждого цикла положительно , а для другой половины он отрицательный (когда напряжение достигает своего пика, положительного или отрицательного, ток равен нулю и наоборот). Таким образом, в среднем к нагрузке поступает столько же энергии, сколько возвращается к источнику (электросети). Если мы проанализируем весь цикл, то увидим, что чистого потока энергии нет и что только реактивная энергия течет, так как нет чистой передачи энергии к нагрузке.

Однако приведенное выше объяснение является чисто теоретическим, поскольку в реальной жизни все нагрузки (или цепи) имеют сопротивление, индуктивность и емкость. Значит, к ним будет поступать как активная, так и реактивная мощность. Полная мощность представляет собой векторную сумму активной и реактивной мощности или произведение среднеквадратичного значения напряжения и тока. Как уже упоминалось, коэффициент мощности представляет собой отношение между реальной и кажущейся мощностью. Мы также должны подчеркнуть, что бытовые потребители платят только за реальную мощность (ватты), которую они потребляют, а не за кажущуюся мощность. Напротив, бизнес-потребители также должны платить за кажущуюся мощность.

Несмотря на то, что бытовые потребители не должны платить за полную мощность, для минимизации потребления полной мощности стандарт ЕС EN61000-3-2 гласит, что все импульсные источники питания с выходной мощностью более 75 Вт должны включать пассивный Преобразователь PFC. Кроме того, для сертификации 80 PLUS требуется коэффициент мощности 0,9 или выше. Несколько лет назад многие производители блоков питания использовали в своих продуктах пассивный PFC (PPFC). В PPFC используется фильтр, который пропускает ток только на частоте сети 50 или 60 Гц, поэтому гармонический ток снижается, а нелинейная нагрузка преобразуется в линейную. Тогда с помощью конденсаторов или катушек индуктивности коэффициент мощности можно приблизить к единице. Недостатком PPFC является то, что он обеспечивает меньший коэффициент мощности, чем APFC, и требует удвоителя напряжения для совместимости блока питания с напряжением 115/230 В. Напротив, PPFC имеет более высокий КПД, чем APFC.

APFC представляет собой преобразователь переменного тока в постоянный, который управляет током, подаваемым на блок питания, с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Первоначально мостовой выпрямитель выпрямляет переменное напряжение, а затем ШИМ запускает полевые транзисторы APFC (обычно их два), которые разделяют промежуточное постоянное напряжение на постоянные последовательности импульсов. Эти импульсы сглаживаются конденсатором (конденсаторами) большой емкости и подаются на главные переключатели. Прямо перед сглаживающим конденсатором (ами) мы всегда находим индуктор (катушку), который может ограничивать внезапное возрастание тока без рассеивания энергии, поскольку это реактивный компонент. Эта катушка необходима, потому что все конденсаторы, подключенные непосредственно к сигналу постоянного тока, имеют неконтролируемый пусковой ток, и эта катушка индуктивности эффективно его ограничивает. Вышеупомянутый дроссель может также играть роль трансформатора тока, информируя контроллер APFC о токе, который проходит через цепь. Наконец, в большинстве случаев в APFC также имеется термистор для дальнейшего ограничения пускового тока, особенно в фазе включения БП, когда сглаживающий конденсатор полностью разряжен.

В APFC используются два различных типа управления: режим прерывистой проводимости (DCM), при котором полевые транзисторы PFC включаются только тогда, когда ток катушки индуктивности достигает нуля, и режим непрерывной проводимости (CCM), при котором полевые транзисторы включаются когда ток дросселя все еще выше нуля и, таким образом, вся энергия обратного восстановления рассеивается в полевых транзисторах. На этапе APFC блоков питания в основном используется второй режим (CCM). Он идеально подходит для выходной мощности более 200 Вт, поскольку обеспечивает наименьшее отношение пикового тока к среднему для преобразователя. Основными недостатками CCM являются потери и генерация электромагнитных помех, связанные с отключением повышающего диода. Обратные токи восстановления диода вызывают значительное рассеивание мощности на полевых транзисторах и увеличение электромагнитных помех. Вот почему мы обычно видим X-конденсатор после мостового выпрямителя.

Текущая страница:
Мостовые выпрямители и APFC

Предыдущая страница Стадия фильтрации электромагнитных помех/переходных процессов

Следующая страница Главные переключатели и трансформаторы

Арис Мпицциопулос — пишущий редактор Tom’s Hardware US, занимающийся блоками питания.

Темы

Источники питания

Идея дизайна: выпрямительный мост

Почтенный двухполупериодный выпрямительный мост (рис. 1)
это обычная знакомая схема для преобразования входного переменного напряжения в выходное постоянное.
Напряжение. Это также полезно для перевода входа постоянного тока произвольной полярности
на выход постоянного тока известной полярности, как это обычно требуется в электронных устройствах.
телефоны или другие телефонные устройства, и имеет применение для защиты от
реверс батареи в цепях с батарейным питанием.

Рис. 1

Недостатком классического четырехдиодного выпрямительного моста является неизбежное
прямое падение напряжения (V _f ) двух диодов при протекании тока.
Для обычных кремниевых диодов это обычно может составлять 1,5 В или
более. Результатом этого является потеря мощности и снижение эффективности источника питания.
приложений, или потеря рабочего напряжения в телефонии или с питанием от батареи
Приложения.

В частности, в приложениях телефонии устройство может иметь
всего 4 вольта, доступных для него в наихудших условиях тока контура
и длина линии. Поскольку большинство интегральных схем, телефонных или иных,
явно недружественно относится к переполюсовке источника питания, это обычная практика для
Электроника с питанием от сети должна быть окружена двухполупериодным выпрямительным мостом в
чтобы гарантировать соблюдение полярности источника питания. Но только с 4 вольтами линии
падение напряжения на выпрямителе на 1,5 вольта оставило бы только 2,5 вольта для
электроника!

Аналогичным образом, в схемах с батарейным питанием часто происходит потеря
эффективность, вызванная последовательными диодами для защиты от непреднамеренной батареи
реверс недопустим.

Схема, показанная на рис. 2, устраняет этот недостаток заменой диодов
с МОП-транзисторами. Четыре полевых МОП-транзистора подключены таким образом, чтобы проводить в
противоборствующие пары. Какая пара проводит, зависит от полярности
приложенное напряжение. Проводящая пара такова, что направляет приложенное напряжение к
соответствующие выходные клеммы, чтобы всегда поддерживать одну и ту же полярность на
выход. Другими словами, схема выпрямляется.

Рис. 2

Интересно, если посмотреть на внутренние диоды сток-исток корпуса
МОП-транзисторы, игнорируя сами МОП-транзисторы, они образуют обычный
схема выпрямительного моста. Действительно, при первом приложении напряжения
схема действует так же, как обычный выпрямительный мост, в том, что прямой
падение напряжения на двух диодах (2В _f ) появляется между входом и
выход. Но как только приложенное напряжение превысит порог включения в два
МОП-транзисторы (точнее, сумма N-канального порога и P-канального порога
порог), соответствующая пара МОП-транзисторов включается, эффективно обходя
пара диодов, которая проводит. Падение напряжения моста
теперь является функцией сопротивления сток-исток (R _ДС(о)), который,
с современными МОП-транзисторами чертовски хорош! В приложениях телефонной линии
падение напряжения в диапазоне милливольт может быть легко достигнуто. Кроме того, с
МОП-транзисторы с низким порогом, достигающие порога в диапазоне 1 вольт в наши дни, это
можно построить мост, в котором включение МОП-транзистора происходит вскоре после
диод включается по мере увеличения приложенного напряжения.

Ограничение схемы, как показано, заключается в том, что приложенное напряжение не может
превышать напряжение затвор-исток (V _GS) рейтинг МОП-транзисторов.
Обычно это 20 вольт. Для приложений с более высоким напряжением можно
поставить резистор последовательно с каждым затвором и использовать зажим стабилитрона между затвором
и источник каждого МОП-транзистора, чтобы ограничить V _GS, испытываемый любым
отдельных МОП-транзисторов, как показано на рис. 3. При таком условии первичное ограничение на применяемые
напряжение затем становится номинальной характеристикой пробоя сток-исток (BV _DS)
МОП-транзисторы.

Рис. 3

Одно предостережение в отношении мостовой схемы на полевых транзисторах: не используйте ее в качестве выпрямителя перед
блок питания с конденсаторным входом! В обычном выпрямительном мосту диоды
предотвратить обратный ток от входного конденсатора источника питания, т.к.
приложенное напряжение падает ниже напряжения на конденсаторе.