GTX 1060 Gigabyte Windforce за копейки в XPERT.RU. ">GTX 1060 Gigabyte Windforce за копейки в XPERT.RU.
GTX 1070 в XPERT.RU - крутейшие нерефы по самым низким ценам
Много GTX 1060 от 17 т.р. в Ситилинке. Надо брать

Вы можете отметить интересные вам фрагменты текста,
которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.

Блок питания ATX: переделка под усилитель низкой частоты (часть 2)

serj 22.10.2011 00:00 Страница: 3 из 3 | | версия для печати | | архив

Стр. 1: Модернизация импульсного блока питания, постановка задачи, FSP ATX-300GTF, удаление лишнего, выбор способа получения повышенного выходного напряжения, перемотка трансформатора, умножитель
Стр. 2: Дополнительный трансформатор, выбор и расчет трансформатора, выпрямительные диоды, трансформатор блока питания, дроссель
Стр. 3: Доработка схемы контроллера блока питания, высокочастотные помехи, наблюдения и выводы, заключение

Доработка схемы контроллера блока питания

Компьютерный блок питания обеспечивает множество выходных напряжений и обязан контролировать их нахождение в заданных рамках. При чрезмерно заниженном или завышенном напряжении должна срабатывать защита и отключать блок питания. В рассматриваемом БП нет такого «зверинца» (он другой) и попытка включения приведет к немедленному выключению – в схеме отсутствуют напряжения +5 В и 3.3 В. Вообще-то, их можно было и сохранить, но это бы уменьшило место, которого и так не хватает. Что ж, придется обманывать контроллер и симулировать недостающие напряжения.

В блоке питания FSP ATX-300GTF управляющей микросхемой является FSP3528. Документации на нее не так уж много, скорее – отсутствует полностью. По назначению выводов и управляющим сигналам близким (но не полным!) аналогом можно назвать KA3511 . В качестве отличий сразу замечается другой коэффициент деления сигнала OVP12, а именно туда собирались «лезть». Придется искать альтернативные варианты и в этом может помочь форум сайта rom.by , с которого была стянута примерная трассировка контроллера на микросхеме FSP3528:

При доработке силовая часть остается без изменений, а вот обратную связь и защиту от превышения/снижения надо корректировать. Начнем с последнего, обычно узел проверки в микросхеме организован следующим образом (взято из описания на микросхему KA3511):

Если какое-либо выходное напряжение выше порога, то срабатывает компаратор OVP и БП выключается. При чрезмерно низком напряжении на выходе компаратора UVP устанавливается 0, что закрывает транзистор и позволяет заряжаться внешнему конденсатору Tuvp (через вывод 17). Когда конденсатор зарядится до напряжения 1.8 В на выходе установится высокий уровень, что заблокирует сигнал ШИМ и приведет к отключению блока питания.

Доработку можно сделать двумя способами – или сформировать образцовые напряжения 12 В, 5 В и 3.3 В резистивными делителями. Или второй вариант – наплевать на всё это ненужное действо и просто подать 0 вольт на входы V12, V5 и V3.3. При этом сработает защита UVP, но она блокируется замыканием вывода 17 на землю – схема защиты будет ждать сигнала выключения «ну очень долго». Это решение хорошо тем, что выходное напряжение может быть любым, даже регулируемым (подстраиваемым), при этом контроль напряжений не будет «путаться под ногами». Впрочем, если нужен контроль за превышением, одно-два напряжения можно подать на схему OVP.

Ну что, матчасть изучили, можно переходить на FSP3528. И сразу следует подарок – в этом контроллере отсутствует узел UVP и нет никакой нужды что-то предпринимать с контрольными входами, достаточно просто их отсоединить от остальной части схемы (или замкнуть на землю).

Следующий шаг – перестройка цепи стабилизации. Судя по схеме FSP ATX-300GTF, контроллер стабилизирует выходное напряжение по трем напряжениям: 12, 5 и 3.3. Я отчасти понимаю, как в этот список затесались 12 В и 5 В, но при чем здесь 3.3? Смысл ускользает. Впрочем, это «их дело», в измененном блоке питания цепь обратной связи будет переделана и все эти «излишества» уберутся.

В первом варианте обратная связь бралась с выходов «+40 В» и «+12 В» через два одинаковых резистора 10 кОм на переменный резистор. В схему устанавливался дополнительный резистор 430 Ом между этой точкой и землей. Для справки, Vref=1.25 В. Выходное напряжение регулировалось в пределах +11…+16 В (по выходу «+12 В»), остальные выходы изменялось пропорционально.

Доработанный блок питания показал следующие результаты:

Ток нагрузки каналов, А	Напряжение выхода +12 В, В	Напряжение выхода -12 В, В	Напряжение выхода +40 В, В	Напряжение выхода -40 В, В
Холостой ход	11.60	-11.66	40.90	-40.88
«+40 В» 1 А	12.48	-12.56	40.01	-44.79
«+40 В» 2 А	12.58	-12.75	39.82	-46.17
«-40 В» 1 А	11.50	-11.50	40.93	-36.88
«-40 В» 2 А	11.36	-11.22	41.11	-35.40
«+12 В» 1 А	11.11	-11.57	41.45	-41.50
«+12 В» 2 А	10.92	-11.58	41.62	-42.09
«-12 В» 1 А	11.35	-10.60	41.19	-41.37
«-12 В» 2 А	11.25	-10.16	41.23	-41.30
«+40 В» 4 А	13.09	-13.24	39.47	-46.71
«-40 В» 4 А	11.15	-10.71	41.41	-32.23

Довольно трудно представить численные данные в виде качественных характеристик, попробуем представить результаты графически. Если просто перенести полученные цифры на графики, то положительные и отрицательные напряжения «разойдутся» в разные стороны, и качественное сравнение выполнить не получится. Попробуем иначе, пересчитаем все значения к 100%, а для отрицательных величин возьмем модуль – в итоге все четыре графика будут проходить рядом, что и требуется.

Нагрузочные характеристики снимались только до четырех ампер, дальнейшее повышение тока было бессмысленным – выход «-40 В» вышел за порог «-25%»:

Цвета графиков:

Темно красный, +40 В.
Темно зеленый, -40 В.
Серый, +12 В.
Синий, -12 В.

М-да. Довольно наглядно видны недостатки стабилизации только положительных напряжений – система практически «не видит» увеличение потребления по отрицательным выходам, в результате чего их напряжение сильно снижается. Посмотрите на две последние строчки – канал «+40 В» поддерживается около 40 вольт, при этом «-40 В» вытворяет что-то невразумительное. Придется вводить в цепь стабилизации и отрицательные выходы. Впрочем, канал «+/-12 В» мне не нужен, поэтому достаточно добавить только «-40 В».

Кроме пониженной стабильности отрицательных напряжений есть еще одна беда – уровень пульсаций с частотой сети. С пульсациями и помехами преобразования все просто – конденсатор побольше, а потом еще LC фильтр и проблема уходит. А вот низкочастотные пульсации возникают из-за неработоспособности обратной связи. Почему бы? Нестабильность с частотой сети действуют на все выходы, значит они должны присутствовать и на положительных выходах, охваченных обратной связью, которая способна всё устранить. Увы, на выходах установлены конденсаторы ощутимой емкости и ток нагрузки очень низок.

В результате конденсаторы заряжаются на пиках низкочастотных пульсаций и практически не меняют свое напряжение на протяжении периода пульсации. А значит, напряжение на ненагруженных выходах пульсаций не содержит и обратная связь «не видит» никакого изменения, а потому не может их устранить. Например, при нагрузке только выхода «-12 В» током 2 А сильно снижается не только его напряжение (-10.16 В), но и дико растут пульсации с частотой сети, до 1.5 вольт. Если же создать ток нагрузки, достаточной для разряда накопительных конденсаторов каналов с обратной связью («+12 В» или «+40 В»), то выход «-12 В» приходит в норму, величина пульсаций снижается до 50 мВ.

Итак, проблемы две – расширить обратную связь, добавив в нее выход «-40 В», и как-нибудь ввести обратную связь по переменному сигналу для того же выхода «-40 В».

На схеме красными и зелеными крестиками отмечены элементы и трассы, которые следует удалить. В левом верхнем углу добавлена схема обратной связи блока питания. Через резистор 22 кОм и цепочку 2.2 кОм + 0.1 мкФ подключается выход «+40 В», через резистор 10 кОм «+12 В», на остальных элементах реализована схема инвертирования тока из отрицательного выхода «-40 В». Дополнительная цепь из 47 кОм и 0.1 мкФ уменьшает уровень пульсаций по выходу «-40 В», что изображено в верхней правой части рисунка.

После доработки блок питания показал следующие характеристики:

Ток нагрузки каналов, А	Напряжение выхода +12 В, В	Напряжение выхода -12 В, В	Напряжение выхода +40 В, В	Напряжение выхода -40 В, В
Холостой ход	11.83	-11.89	40.79	-40.59
«+40 В» 1 А	12.09	-12.20	38.78	-42.26
«+40 В» 2 А	12.18	-12.34	38.54	-42.26
«+40 В» 4 А	12.60	-12.83	37.91	-41.90
«-40 В» 1 А	12.04	-12.05	41.98	-38.54
«-40 В» 2 А	12.24	-12.15	41.84	-38.21
«-40 В» 4 А	12.79	-12.59	41.38	-37.40
«+12 В» 1 А	11.47	-11.87	41.08	-40.89
«+12 В» 2 А	11.26	-11.80	41.22	-41.20
«-12 В» 1 А	11.76	-11.47	40.79	-40.63
«-12 В» 2 А	11.79	-10.78	40.92	-40.34
«+40 В» 5 А	12.95	-13.11	37.44	-41.53
«-40 В» 5 А	13.11	-12.95	41.11	-36.91
«+40 В» 4 А, «-40 В» 1 А	13.29	-13.37	38.10	-40.01
«+40 В» 10 А	14.90	-15.02	35.15	-39.65
«-40 В» 10 А	14.71	-14.77	40.19	-34.37

Уровень низкочастотных пульсаций не превышал 50 мВ. А высокочастотных? О них следует поговорить особо.

Нагрузочные характеристики выглядят следующим образом:

Блок питания соответствует требуемым спецификациям по всем пунктам, кроме одного – второй канал должен быть на +/-20 В, а получилось +/-12 В. Для тех целей, куда пойдет данный блок питания, напряжение дополнительного канала не существенно, поэтому на нарушение этого пункта я просто «закрыл глаза». Если вам нужно получить другое напряжение, больше +/-12 В, то надо поступить так же, как поступили с основным каналом «+/-40 В» - использовать обмотку на втором трансформаторе для повышения уровня выходного напряжения. Например, для получения +/-20 В требуется выполнить следующие шаги:

1. На каждой вторичной обмотке дополнительного трансформатора следует сделать отвод. Фактически, придется мотать две обмотки вместо одной, двумя проводниками, место на каркасе есть.
2. Получение 20 В требует добавления 8 В к бывшим в наличии 12 В. На шесть витков первичной обмотки доп. трансформатора приходится 11 вольт, значит на 8 вольт потребуется 8*6/11=4.3 (четыре витка).
3. Число витков вторичной обмотки составляло пятнадцать, теперь она разбивается на две неравные части – четыре и одиннадцать витков.
4. По меньшей обмотке (четыре витка) течет ток нагрузки каналов «+/-40 В» и «+/-20 В», поэтому стоит обдумать вопрос о толщине используемого провода. Если повышение тока не столь велико, усилители НЧ и СЧ-ВЧ полос усилителя редко работают одновременно, то можно оставить тот же провод, что используется для всей обмотки. Если же уровень тока может оказаться существенно больше в долговременном плане, то лучше удвоить количество проводников этой обмотки.
5 .Последовательность намотки может различаться, ведь вся обмотка может не уместиться на каркасе в один слой, но все однотипные обмотки должны быть со строго одинаковым числом витков. Выполнить это требование не трудно, просто надо быть аккуратным.

Наверно, схему с модифицированным выходом «+/-20 В» рисовать нет нужды – если вы разобрались с принципом получения «+/-40 В», то здесь используется точно такой же прием.

Высокочастотные помехи

Помехи с частотой преобразователя – бич импульсных блоков питания. Единожды возникнув, они распространяются по всем цепям и ухудшают работу устройств. Более всего от этого страдают различного вида приемники аналогового сигнала, особенно с проводным соединением без электрической изоляции. Увы, «усилитель» обладает всеми этими «достоинствами», потому проблема ВЧ помех стоит очень остро. Рассмотрим упрощенную топологию импульсного преобразователя класса «полумост»:

Напряжение сети 220 вольт выпрямляется диодным мостом UZ1, сглаживается конденсатором С1 и далее подается на преобразователь. Из него нарисованы только ключевые транзисторы, остальные элементы не оказывают влияния на уровень помех. Транзисторы Q1 и Q2 замыкаются попеременно, что создает ШИМ напряжение на выходе. Конденсатор С2 снимает постоянную составляющую, а переменный сигнал пропускает без ослабления. С точки зрения возникновения помех его можно мысленно «закоротить» и вообще-то, я зря его нарисовал, просто не смог подавить привычку не делать неработоспособных решений, даже в условном виде.

Напряжение на первичной обмотке трансформатора (выводы 6-4) - сложной формы с очень «резкими» фронтами амплитудой +/-150 вольт (+/- половина напряжения питания). Чтобы была хоть какая-то конкретика, предположим, что напряжение ШИМ формируется со скважностью 70% и на выходе стабилизируется напряжение 12 вольт. Это означает, что на каждой вторичной обмотке следует импульсное напряжение амплитудой +/-20 вольт.

Я вовсе не случайно упорно повторяю про фронты – чем резче меняется амплитуда сигнала, тем больше его спектр. «Маленькая» межобмоточная емкость плохо проводит основную частоту преобразователя, но «фронты» - совсем другое, на них получается очень высокая частота, единицы мегагерц, и она хорошо проходит даже через «маленькую» межобмоточную емкость. Поэтому на выходных напряжениях видны помехи не в виде частоты преобразования (40-80 кГц), а именно «палки», всплеск ВЧ колебаний в моменты фронтов переключения транзисторов.

Каким же способом можно уменьшить ВЧ помехи? Экран уже сделан и эффективность его работы довольно высокая … но этого мало. Поставить фильтр на выходе блока питания? Хорошая мысль, так часто делают и это эффективная мера. В данном блоке питания нечто похожее обязательно стоит выполнить, пропустив выходные провода БП через ферритовое кольцо, но это всё средства борьбы с последствиями, а не с самой болезнью.

Остается одно – поставить конденсатор небольшой емкости между общими проводами первичной и вторичной сторон. Помеха наводится между этими цепями, значит конденсатор их «подавит». Прием старый и давно используется, но у него есть недостаток, ограничивающий повсеместное применение – на «общем» проводе сетевой части схемы довольно «грязно», большой уровень помех. Связано это с тем, что транзисторы коммутируют большую мощность с низким временем переключения, что производит высокий уровень ВЧ помех в цепях питания.

Установка конденсатора между «землями» сетевой и выходной частями снижает уровень помех в трансформаторе, но добавляет помехи от цепей питания транзисторов. Обычно, используют конденсатор 470 пФ – 4.7 нФ (в зависимости от величины активной межобмоточной емкости) с рабочим напряжением не ниже 3000 вольт. Я применил обычный «Y» конденсатор емкостью 2.2 нФ. Эффективность подавления помех можно посмотреть по току утечки между «земляными» цепями сетевой и выходной частей устройства, для чего между ними устанавливается резистор 1 кОм и измеряется напряжение. Оригинальный вариант располагается слева, после добавления конденсатора справа:

Наглядно видно, что уровень помех уменьшился в несколько раз. Но кому интересны какие-то токи утечки? Взглянем, что изменится на выходе блока питания.

Слева осциллограмма до установки конденсатора, справа – после:

Картинки сняты для мощности нагрузки 40 Вт. И здесь так же различия видны невооруженным взглядом. Добавление конденсатора устранило «высокочастотный шум», который производил основной вред. Оставшиеся «палки» спокойно убираются LC фильтром на плате усилителя и проблем не вызывают.

Не стоит пытаться получить особо низкий уровень помех в самом блоке питания – там явно недостаточно места для нормальной трассировки цепи «земля», да и компактное размещение силовых элементов создает условия для распространения помех через излучение. Не зря же сетевые блоки питания изготавливают в виде отдельных устройств в металлическом корпусе.

Наблюдения и выводы

После всех доработок и изменений получился такой блок питания:

Его переделка прошла без особых осложнений и сгоревших транзисторов, что редкость для импульсных БП. Главное – будьте аккуратны и не удалите что-нибудь лишнее, особенно это касается цепей дежурного источника. Специально КПД не измерялся, при нагрузке в 200 Вт он находится в районе 86 процентов. Интересно, что до доработки БП показывал КПД 76 процентов, но при этом основная нагрузка создавалась по выходу 12 В. Что ж, дополнительный трансформатор не сильно ухудшает работу блока питания, и это радует.

Что до самого БП, то при нагрузке 100 Вт в нём отсутствуют элементы горячее 40 градусов. В блоке питания установлен вентилятор с терморегулятором, при низкой нагрузке скорость его вращения крайне низка и производимый уровень шума незначителен. Можно было бы убрать его вовсе, но конструкция радиаторов плохо подходит для охлаждения естественной конвекцией. Кроме того, КПД усилителя отнюдь не 100% и в нем тоже будет присутствовать радиатор. А значит, вентилятор может оказаться весьма полезным – даже при небольшом обдуве эффективность работы радиатора усилителя повышается и его можно сделать меньших размеров.

Доработка схемы контроллера блока питания, высокочастотные помехи, наблюдения и выводы, заключение

Если раньше элементная база системных блоков питания не вызывала ни каких вопросов - в них использовались стандартные микросхемы, то сегодня мы сталкиваемся с ситуацией, когда отдельные разработчики блоков питания начинают выпускать собственную элементную базу, не имеющую прямых аналогов среди элементов общего назначения. Одним из примеров подобного подхода является микросхема FSP3528, которая используется в достаточно большом количестве системных блоков питания, выпускаемых под торговой маркой FSP.

C микросхемой FSP3528 приходилось встречаться в следующих моделях системных блоков питания:

- FSP ATX-300GTF;

- FSP A300F–C;

- FSP ATX-350PNR;

- FSP ATX-300PNR;

- FSP ATX-400PNR;

- FSP ATX-450PNR;

- СomponentPro ATX-300GU.

Рис.1 Цоколевка микросхемы FSP3528

Но так как выпуск микросхем имеет смысл только при массовых количествах, то нужно быть готовым к тому, что она может встретиться и в других моделях блоков питания фирмы FSP. Прямых аналогов этой микросхемы пока не приходилось встречать, поэтому в случае ее отказа, замену необходимо осуществлять на точно такую же микросхему. Однако в розничной торговой сети приобрести FSP3528 не представляется возможным, поэтому найти ее можно лишь в системных блоках питания FSP, отбракованных по каким-либо другим соображениям.

Рис.2 Функциональная схема ШИМ-контроллера FSP3528

Микросхема FSP3528 выпускается в 20-контактном DIP-корпусе (рис.1). Назначение контактов микросхемы описывается в таблице 1, а на рис.2 приводится ее функциональная схема. В таблице 1 для каждого вывода микросхемы указано напряжение, которое должно быть на контакте при типовом включении микросхемы. А типовым применением микросхемы FSP3528 является использование ее в составе субмодуля управления блоком питания персонального компьютера. Об этом субмодуле речь пойдет в этой же статье, но чуть ниже.

Таблица 1. Назначение контактов ШИМ-контроллера FSP3528

№	Сигнал	Вх/Вых	Описание
		Вход	Напряжение питания +5В.
	COMP	Выход	Выход усилителя ошибки. Внутри микросхемы контакт соединен с неинвертирующим входом ШИМ-компаратора. На этом выводе формируется напряжение, являющееся разностью входных напряжений усилителя ошибки E / A + и E / A - (конт.3 и конт.4). Во время нормальной работы микросхемы, на контакте присутствует напряжение около 2.4В.
	E / A -	Вход	Инвертирующий вход усилителя ошибки. Внутри микросхемы этот вход смещен на величину 1.25В. Опорное напряжение величиной 1.25В формируется внутренним источником. Во время нормальной работы микросхемы, на контакте должно присутствовать напряжение 1.23В.
	E / A +	Вход	Не инвертирующий вход усилителя ошибки. Этот вход можно использовать для контроля выходных напряжений блока питания, т.е. этот контакт можно считать входом сигнала обратной связи. В реальных схемах, на этот контакт подается сигнал обратной связи, получаемый сум-мированием всех выходных напряжений блока питания (+3.3 V /+5 V /+12 V ). Во время нормальной работы микросхемы, на контакте должно присутствовать напряжение 1.24В.
	TREM		Контакт управления задержкой сигнала ON / OFF (сигнала управления включением блока питания). К этому выводу подключается времязадающий конденсатор. Если конденсатор имеет емкость 0.1 мкФ, то задержка при включении (Ton ) составляет около 8 мс (за это время конденсатор заряжается до уровня 1.8В), а задержка при выключении (Toff ) составляет около 24 мс (за это время напряжение на конденсаторе при его разряде уменьшается до 0.6В). Во время нормальной работы микросхемы, на этом контакте должно присутствовать напряжение около +5В.
		Вход	Вход сигнала включения/выключения блока питания. В спецификации на разъемы блоков питания ATX этот сигнал обозначается, как PS - ON . Сигнал REM является сигналом TTL и сравнивается внутренним компаратором с опорным уровнем 1.4В. Если сигнал REM становится ниже 1.4В микросхема ШИМ запускается и блок питания начинает работать. Если же сигнал REM установлен в высокий уровень (более 1.4В), то микросхема отключается, а соответственно отключается и блок питания. На этом контакте напряжение может достигать максимального значения 5.25 В, хотя типовым значением является 4.6В. Во время работы на этом контакте должно наблюдаться напряжение, величиной около 0.2В.
			Частотозадающий резистор внутреннего генератора. При работе, на контакте присутствует на-пряжение, величиной около 1.25В.
			Частотозадающий конденсатор внутреннего генератора. Во время работы на контакте должно наблюдаться пилообразное напряжение.
		Вход	Вход детектора превышения напряжения. Сигнал этого контакта сравнивается внутренним компаратором с внутренним опорным напряжением. Этот вход может использоваться для контроля питающего напряжения микросхемы, для контроля ее опорного напряжения, а также для организации любой другой защиты. При типовом использовании, на этом контакте во время нормальной работы микросхемы должно присутствовать напряжение, величиной примерно 2.5В.
			Контакт управления задержкой формирования сигнала PG (Power Good ). К этому выводу под-ключается времязадающий конденсатор. Конденсатор емкостью 2.2 мкФ обеспечивает времен-ную задержку 250 мс. Опорными напряжениями для этого времязадающего конденсатора яв-ляются 1.8В (при заряде) и 0.6В (при разряде). Т.е. при включении блока питания, сигнал PG устанавливается в высокий уровень в момент, когда на этом времязадающем конденсаторе на-пряжение достигает величины 1.8В. А при выключении блока питания, сигнал PG устанавливается в низкий уровень в момент, когда конденсатор разрядится до уровня 0.6В. Типовое на-пряжение на этом выводе равно +5В.
		Выход	Сигнал Power Good – питание в норме. Высокий уровень сигнала означает, что все выходные напряжения блока питания соответствуют номинальным значениям, и блок питания работает в штатном режиме. Низкий уровень сигнала означает неисправность блока питания. Состояние этого сигнала при нормальной работе блока питания - это +5В.
	VREF	Выход	Высокопрецизионное опорное напряжение с допустимым отклонением не более ±2%. Типовое значение этого опорного напряжения составляет 3.5 В.
	V 3.3	Вход	Сигнал защиты от превышения напряжения в канале +3.3 В. На вход подается напряжение напрямую с канала +3.3 V .
		Вход	Сигнал защиты от превышения напряжения в канале +5 В. На вход подается напряжение напрямую с канала +5 V .
	V 12	Вход	Сигнал защиты от превышения напряжения в канале +12 В. На вход подается напряжение с канала +12 V через резистивный делитель. В результате использования делителя, на этом контакте устанавливается напряжение примерно 4.2В (при условии, что в канале 12 V напряжение равно +12.5В)
		Вход	Вход дополнительного сигнала защиты от превышения напряжения. Этот вход может использоваться для организации защиты по какому-либо другому каналу напряжения. В практических схемах этот контакт используется, чаще всего, для защиты от короткого замыкания в каналах -5 V и -12 V . В практических схемах на этом контакте устанавливается напряжение, величиной около 0.35В. При повышении напряжения до величины 1.25В, срабатывает защита и микросхема блокируется.
			«Земля»
		Вход	Вход регулировки «мертвого» времени (времени, когда выходные импульсы микросхемы неактивны – см.рис.3). Неинвертирующий вход внутреннего компаратора «мертвого» времени смещен на 0.12 В внутренним источником. Это позволяет задать минимальное значение «мер-твого» времени для выходных импульсов. Регулируется «мертвое» время выходных импульсов путем подачи на вход DTC постоянного напряжения величиной от 0 до 3.3В. Чем больше напряжение, тем меньше длительность рабочего цикла и больше время «мертвого» времени. Этот контакт часто используется для формирования «мягкого» старта при включении блока питания. В практических схемах на этом контакте устанавливается напряжение величиной примерно 0.18В.
		Выход	Коллектор второго выходного транзистора. После запуска микросхемы, на этом контакте формируются импульсы, которые следуют в противофазе импульсам на контакте С1.
		Выход	Коллектор первого выходного транзистора. После запуска микросхемы, на этом контакте формируются импульсы, которые следуют в противофазе импульсам на контакте С2.

Рис.3 Основные параметры импульсов

Микросхема FSP3528 является ШИМ-контроллером, разработанным специально для управления двухтактным импульсным преобразователем системного блока питания персонального компьютера. Особенностями этой микросхемы являются:

- наличие встроенной защиты от превышения напряжений в каналах +3.3V/+5V/+12V;

- наличие встроенной защиты от перегрузки (короткого замыкания) в каналах +3.3V/+5V/+12V;

- наличие многоцелевого входа для организации любой защиты;

- поддержка функции включения блока питания по входному сигналу PS_ON;

- наличие встроенной схемы с гистерезисом для формирования сигнала PowerGood (питание в норме);

- наличие встроенного прецизионного источника опорных напряжений с допустимым отклонением 2%.

В тех моделях блоков питания, которые были перечислены в самом начале статьи, микросхема FSP3528 размещается на плате субмодуля управления блоком питания. Этот субмодуль находится на вторичной стороне блока питания и представляет собой печатную плату, размещенную вертикально, т.е. перпендикулярно основной плате блока питания (рис.4).

Рис.4 Блок питания с сбмодулем FSP3528

Этот субмодуль содержит не только микросхему FSP3528, но и некоторые элементы ее «обвязки», обеспечивающие функционирование микросхемы (см. рис.5).

Рис.5 Субмодуль FSP3528

Плата субмодуля управления имеет двусторонний монтаж. На тыльной стороне платы находятся элементы поверхностного монтажа – SMD, которые, к слову сказать, дают наибольшее количество проблем из-за не очень высокого качества пайки. Субмодуль имеет 17 контактов, расположенных в один ряд. Назначение этих контактов представлено в табл.2.

Таблица 2. Назначение контактов субмодуля FSPЗ3528-20D-17P

№	Назначение контакта
	Выходные прямоугольные импульсы, предназна-ченные для управления силовыми транзисторами блока питания

	Входной сигнал запуска блока питания (PS _ ON )

	Вход контроля напряжения канала +3.3 V
	Вход контроля напряжения канала +5 V
	Вход контроля напряжения канала +12 V
	Входной сигнал защиты от коротких замыканий
	Не используется
	Выход сигнала Power Good
	Катод регулятора напряжения AZ431
	AZ 431
	Вход опорного напряжения регулятора AZ 431
	Катод регулятора напряжения AZ431
	Земля
	Не используется
	Питающее напряжение VCC

На плате субмодуля управления кроме микросхемы FSP3528, находятся еще два управляемых стабилизатора AZ431 (аналог TL431) которые никак не связаны с самим ШИМ-контроллером FSP3528, и предназначены для управления цепями, расположенными на основной плате блока питания.

В качестве примера практической реализации микросхемы FSP3528, на рис.6 представлена схема субмодуля FSP3528-20D-17P. Этот субмодуль управления используется в блоках питания FSP ATX-400PNF. Стоит обратить внимание, что вместо диода D5 , на плате устанавливается перемычка. Это иногда смущает отдельных специалистов, которые пытаются установить в схему диод. Установка вместо перемычки диода не изменяет работоспособности схемы – она должна функционировать, как с диодом, так и без диода. Однако установка диода D5 способно снизить чувствительность цепи защиты от коротких замыканий.

Рис.6 Схема субмодуля FSP3528-20D-17P

Подобные субмодули являются, фактически, единственным примером применения микросхемы FSP3528, поэтому неисправность элементов субмодуля зачастую принимается за неисправность самой микросхемы. Кроме того, нередко часто случается и так, что специалистам не удается выявить причину неисправности, в результате чего предполагается неисправность микросхемы, и блок питания откладывается в «дальний угол» или вообще списывается.

На самом же деле, выход из строя микросхемы – явление достаточно редкое. Гораздо чаще подвержены отказам элементы субмодуля, и, в первую очередь, полупроводниковые элементы (диоды и транзисторы).

На сегодняшний день, основными неисправностями субмодуля можно считать:

- выход из строя транзисторов Q1и Q2;

- выход из строя конденсатора C1, что может сопровождаться его «вспуханием»;

- выход из строя диодов D3 и D4 (одновременно или по отдельности).

Отказ остальных элементов маловероятен, однако в любом случае, при подозрениях на неисправность субмодуля, необходимо провести, в первую очередь, проверку пайки SMD-компонентов на стороне печатного монтажа платы.

Диагностика микросхемы

Диагностика контроллера FSP3528 ничем не отличается от диагностики всех других современных ШИМ-контроллеров для системных блоков питания, о чем мы уже неоднократно рассказывали на страницах нашего журнала. Но все-таки, еще раз, в общих чертах, расскажем, как можно убедиться в исправности субмодуля.

Для проверки необходимо блок питания с диагностируемым субмодулем отключить от сети, а на его выходы подать все необходимые напряжения (+5V, +3.3V, +12V, -5V, -12V, +5V_SB ). Это можно сделать с помощью перемычек от другого, исправного, системного блока питания. В зависимости от схемы блока питания, возможно, потребуется подать еще и отдельное питающее напряжение +5В на конт.1 субмодуля. Это можно будет сделать с помощью перемычки между конт.1 субмодуля и линией +5V.

При этом на контакте CT (конт.8 ) должно появиться пилообразное напряжение, а на контакте VREF (конт.12 ) должно появиться постоянное напряжение +3.5В .

Далее, необходимо замкнуть «на землю» сигнал PS-ON . Это делается замыканием на землю либо контакта выходного разъема блока питания (обычно зеленый провод), либо конт.3 самого субмодуля. При этом на выходе субмодуля (конт.1 и конт.2 ) и на выходе микросхемы FSP3528 (конт.19 и конт.20 ) должны появиться прямоугольные импульсы, следующие в противофазе.

Отсутствие импульсов указывает на неисправность субмодуля или микросхемы.

Хочется отметить, что при использовании подобных методов диагностики необходимо внимательно анализировать схемотехнику блока питания, так как методика проверки может несколько измениться, в зависимости от конфигурации цепей обратной связи и цепей защиты от аварийных режимов работы блока питания.

GTX 1060 Gigabyte Windforce за копейки в XPERT.RU. ">GTX 1060 Gigabyte Windforce за копейки в XPERT.RU.
GTX 1070 в XPERT.RU - крутейшие нерефы по самым низким ценам
Много GTX 1060 от 17 т.р. в Ситилинке. Надо брать

Блок питания ATX: переделка под усилитель низкой частоты (часть 2)

serj 22.10.2011 00:00 Страница: 3 из 3 | | версия для печати | | архив

Стр. 1: Модернизация импульсного блока питания, постановка задачи, FSP ATX-300GTF, удаление лишнего, выбор способа получения повышенного выходного напряжения, перемотка трансформатора, умножитель
Стр. 2: Дополнительный трансформатор, выбор и расчет трансформатора, выпрямительные диоды, трансформатор блока питания, дроссель
Стр. 3: Доработка схемы контроллера блока питания, высокочастотные помехи, наблюдения и выводы, заключение

Доработка схемы контроллера блока питания

Доработанный блок питания показал следующие результаты:

Ток нагрузки каналов, А	Напряжение выхода +12 В, В	Напряжение выхода -12 В, В	Напряжение выхода +40 В, В	Напряжение выхода -40 В, В
Холостой ход	11.60	-11.66	40.90	-40.88
«+40 В» 1 А	12.48	-12.56	40.01	-44.79
«+40 В» 2 А	12.58	-12.75	39.82	-46.17
«-40 В» 1 А	11.50	-11.50	40.93	-36.88
«-40 В» 2 А	11.36	-11.22	41.11	-35.40
«+12 В» 1 А	11.11	-11.57	41.45	-41.50
«+12 В» 2 А	10.92	-11.58	41.62	-42.09
«-12 В» 1 А	11.35	-10.60	41.19	-41.37
«-12 В» 2 А	11.25	-10.16	41.23	-41.30
«+40 В» 4 А	13.09	-13.24	39.47	-46.71
«-40 В» 4 А	11.15	-10.71	41.41	-32.23

Цвета графиков:

Темно красный, +40 В.
Темно зеленый, -40 В.
Серый, +12 В.
Синий, -12 В.

После доработки блок питания показал следующие характеристики:

Ток нагрузки каналов, А	Напряжение выхода +12 В, В	Напряжение выхода -12 В, В	Напряжение выхода +40 В, В	Напряжение выхода -40 В, В
Холостой ход	11.83	-11.89	40.79	-40.59
«+40 В» 1 А	12.09	-12.20	38.78	-42.26
«+40 В» 2 А	12.18	-12.34	38.54	-42.26
«+40 В» 4 А	12.60	-12.83	37.91	-41.90
«-40 В» 1 А	12.04	-12.05	41.98	-38.54
«-40 В» 2 А	12.24	-12.15	41.84	-38.21
«-40 В» 4 А	12.79	-12.59	41.38	-37.40
«+12 В» 1 А	11.47	-11.87	41.08	-40.89
«+12 В» 2 А	11.26	-11.80	41.22	-41.20
«-12 В» 1 А	11.76	-11.47	40.79	-40.63
«-12 В» 2 А	11.79	-10.78	40.92	-40.34
«+40 В» 5 А	12.95	-13.11	37.44	-41.53
«-40 В» 5 А	13.11	-12.95	41.11	-36.91
«+40 В» 4 А, «-40 В» 1 А	13.29	-13.37	38.10	-40.01
«+40 В» 10 А	14.90	-15.02	35.15	-39.65
«-40 В» 10 А	14.71	-14.77	40.19	-34.37

Уровень низкочастотных пульсаций не превышал 50 мВ. А высокочастотных? О них следует поговорить особо.

Нагрузочные характеристики выглядят следующим образом:

Высокочастотные помехи

Слева осциллограмма до установки конденсатора, справа – после:

Наблюдения и выводы

После всех доработок и изменений получился такой блок питания:

Доработка схемы контроллера блока питания, высокочастотные помехи, наблюдения и выводы, заключение

C микросхемой FSP3528 приходилось встречаться в следующих моделях системных блоков питания:

- FSP ATX-300GTF;

- FSP A300F–C;

- FSP ATX-350PNR;

- FSP ATX-300PNR;

- FSP ATX-400PNR;

- FSP ATX-450PNR;

- СomponentPro ATX-300GU.

Рис.2 Функциональная схема ШИМ-контроллера FSP3528

Таблица 1. Назначение контактов ШИМ-контроллера FSP3528

Сигнал	Вх/Вых	Описание
		Напряжение питания +5В.
COMP		Выход усилителя ошибки. Внутри микросхемы контакт соединен с неинвертирующим входом ШИМ-компаратора. На этом выводе формируется напряжение, являющееся разностью входных напряжений усилителя ошибки E /A + и E /A - (конт.3 и конт.4). Во время нормальной работы микросхемы, на контакте присутствует напряжение около 2.4В.
E /A -		Инвертирующий вход усилителя ошибки. Внутри микросхемы этот вход смещен на величину 1.25В. Опорное напряжение величиной 1.25В формируется внутренним источником. Во время нормальной работы микросхемы, на контакте должно присутствовать напряжение 1.23В.
E /A +		Не инвертирующий вход усилителя ошибки. Этот вход можно использовать для контроля выходных напряжений блока питания, т.е. этот контакт можно считать входом сигнала обратной связи. В реальных схемах, на этот контакт подается сигнал обратной связи, получаемый сум-мированием всех выходных напряжений блока питания (+3.3V /+5V /+12V ). Во время нормальной работы микросхемы, на контакте должно присутствовать напряжение 1.24В.
TREM		Контакт управления задержкой сигнала ON /OFF (сигнала управления включением блока питания). К этому выводу подключается времязадающий конденсатор. Если конденсатор имеет емкость 0.1 мкФ, то задержка при включении (Ton ) составляет около 8 мс (за это время конденсатор заряжается до уровня 1.8В), а задержка при выключении (Toff ) составляет около 24 мс (за это время напряжение на конденсаторе при его разряде уменьшается до 0.6В). Во время нормальной работы микросхемы, на этом контакте должно присутствовать напряжение около +5В.
		Вход сигнала включения/выключения блока питания. В спецификации на разъемы блоков питанияATX этот сигнал обозначается, как PS -ON . Сигнал REM является сигналом TTL и сравнивается внутренним компаратором с опорным уровнем 1.4В. Если сигнал REM становится ниже 1.4В микросхема ШИМ запускается и блок питания начинает работать. Если же сигнал REM установлен в высокий уровень (более 1.4В), то микросхема отключается, а соответственно отключается и блок питания. На этом контакте напряжение может достигать максимального значения 5.25 В, хотя типовым значением является 4.6В. Во время работы на этом контакте должно наблюдаться напряжение, величиной около 0.2В.
		Частотозадающий резистор внутреннего генератора. При работе, на контакте присутствует на-пряжение, величиной около 1.25В.
		Частотозадающий конденсатор внутреннего генератора. Во время работы на контакте должно наблюдаться пилообразное напряжение.
		Вход детектора превышения напряжения. Сигнал этого контакта сравнивается внутренним компаратором с внутренним опорным напряжением. Этот вход может использоваться для контроля питающего напряжения микросхемы, для контроля ее опорного напряжения, а также для организации любой другой защиты. При типовом использовании, на этом контакте во время нормальной работы микросхемы должно присутствовать напряжение, величиной примерно 2.5В.
		Контакт управления задержкой формирования сигнала PG (Power Good ). К этому выводу под-ключается времязадающий конденсатор. Конденсатор емкостью 2.2 мкФ обеспечивает времен-ную задержку 250 мс. Опорными напряжениями для этого времязадающего конденсатора яв-ляются 1.8В (при заряде) и 0.6В (при разряде). Т.е. при включении блока питания, сигнал PG устанавливается в высокий уровень в момент, когда на этом времязадающем конденсаторе на-пряжение достигает величины 1.8В. А при выключении блока питания, сигнал PG устанавливается в низкий уровень в момент, когда конденсатор разрядится до уровня 0.6В. Типовое на-пряжение на этом выводе равно +5В.
		Сигнал Power Good – питание в норме. Высокий уровень сигнала означает, что все выходные напряжения блока питания соответствуют номинальным значениям, и блок питания работает в штатном режиме. Низкий уровень сигнала означает неисправность блока питания. Состояние этого сигнала при нормальной работе блока питания - это +5В.
VREF		Высокопрецизионное опорное напряжение с допустимым отклонением не более ±2%. Типовое значение этого опорного напряжения составляет 3.5 В.
V 3.3		Сигнал защиты от превышения напряжения в канале +3.3 В. На вход подается напряжение напрямую с канала +3.3V .
		Сигнал защиты от превышения напряжения в канале +5 В. На вход подается напряжение напрямую с канала +5V .
		Сигнал защиты от превышения напряжения в канале +12 В. На вход подается напряжение с канала +12V через резистивный делитель. В результате использования делителя, на этом контакте устанавливается напряжение примерно 4.2В (при условии, что в канале 12V напряжение равно +12.5В)
		Вход дополнительного сигнала защиты от превышения напряжения. Этот вход может использоваться для организации защиты по какому-либо другому каналу напряжения. В практических схемах этот контакт используется, чаще всего, для защиты от короткого замыкания в каналах -5V и -12V . В практических схемах на этом контакте устанавливается напряжение, величиной около 0.35В. При повышении напряжения до величины 1.25В, срабатывает защита и микросхема блокируется.

		Вход регулировки «мертвого» времени (времени, когда выходные импульсы микросхемы неактивны – см.рис.3). Неинвертирующий вход внутреннего компаратора «мертвого» времени смещен на 0.12 В внутренним источником. Это позволяет задать минимальное значение «мер-твого» времени для выходных импульсов. Регулируется «мертвое» время выходных импульсов путем подачи на вход DTC постоянного напряжения величиной от 0 до 3.3В. Чем больше напряжение, тем меньше длительность рабочего цикла и больше время «мертвого» времени. Этот контакт часто используется для формирования «мягкого» старта при включении блока питания. В практических схемах на этом контакте устанавливается напряжение величиной примерно 0.18В.
		Коллектор второго выходного транзистора. После запуска микросхемы, на этом контакте формируются импульсы, которые следуют в противофазе импульсам на контакте С1.
		Коллектор первого выходного транзистора. После запуска микросхемы, на этом контакте формируются импульсы, которые следуют в противофазе импульсам на контакте С2.

Рис.3 Основные параметры импульсов

- наличие встроенной защиты от превышения напряжений в каналах +3.3V/+5V/+12V;

- наличие встроенной защиты от перегрузки (короткого замыкания) в каналах +3.3V/+5V/+12V;

- наличие многоцелевого входа для организации любой защиты;

- поддержка функции включения блока питания по входному сигналу PS_ON;

- наличие встроенной схемы с гистерезисом для формирования сигнала PowerGood (питание в норме);

- наличие встроенного прецизионного источника опорных напряжений с допустимым отклонением 2%.

Рис.5 Субмодуль FSP3528

Таблица 2. Назначение контактов субмодуля FSPЗ3528-20D-17P

	Назначение контакта
	Выходные прямоугольные импульсы, предназна-ченные для управления силовыми транзисторами блока питания

	Входной сигнал запуска блока питания (PS _ON )

	Вход контроля напряжения канала +3.3V
	Вход контроля напряжения канала +5V
	Вход контроля напряжения канала +12V
	Входной сигнал защиты от коротких замыканий
	Не используется
	Выход сигнала Power Good


	Вход опорного напряжения регулятора AZ 431
	Катод регулятора напряжения AZ431

	Не используется
	Питающее напряжение VCC

В качестве примера практической реализации микросхемы FSP3528, на рис.6 представлена схема субмодуля FSP3528-20D-17P. Этот субмодуль управления используется в блоках питания FSP ATX-400PNF. Стоит обратить внимание, что вместо диодаD5 , на плате устанавливается перемычка. Это иногда смущает отдельных специалистов, которые пытаются установить в схему диод. Установка вместо перемычки диода не изменяет работоспособности схемы – она должна функционировать, как с диодом, так и без диода. Однако установка диода D5 способно снизить чувствительность цепи защиты от коротких замыканий.

Рис.6 Схема субмодуля FSP3528-20D-17P

На сегодняшний день, основными неисправностями субмодуля можно считать:

- выход из строя транзисторов Q1и Q2;

- выход из строя конденсатора C1, что может сопровождаться его «вспуханием»;

- выход из строя диодов D3 и D4 (одновременно или по отдельности).

Диагностика микросхемы

Для проверки необходимо блок питания с диагностируемым субмодулем отключить от сети, а на его выходы подать все необходимые напряжения (+5V, +3.3V, +12V, -5V, -12V, +5V_SB). Это можно сделать с помощью перемычек от другого, исправного, системного блока питания. В зависимости от схемы блока питания, возможно, потребуется подать еще и отдельное питающее напряжение +5В на конт.1 субмодуля. Это можно будет сделать с помощью перемычки между конт.1 субмодуля и линией +5V.

При этом на контакте CT (конт.8) должно появиться пилообразное напряжение, а на контакте VREF (конт.12) должно появиться постоянное напряжение +3.5В .

Далее, необходимо замкнуть «на землю» сигнал PS-ON . Это делается замыканием на землю либо контакта выходного разъема блока питания (обычно зеленый провод), либо конт.3 самого субмодуля. При этом на выходе субмодуля (конт.1 и конт.2) и на выходе микросхемы FSP3528 (конт.19 и конт.20) должны появиться прямоугольные импульсы, следующие в противофазе.

Отсутствие импульсов указывает на неисправность субмодуля или микросхемы.