Блок питания мониторов (стр. 3 из 10)
Конструктивно источник питания, обычно, включает два самостоятельных источника: основной и вспомогательный, первый (основной) из них функционирует и обеспечивает работу монитора в полностью включенном состоянии, второй (маломощный) переводит монитор в так называемый "режим энергосбережения" (POWER OFF) - малого потребления электроэнергии. Включение указанного режима организовывается сигналами микропроцессора управления режимами. В источнике может быть использован корректор мощности.
3. Коррекция коэффициента мощности
В некоторых случаях применение пассивной фильтрации для уменьшения уровня паразитных гармонических составляющих в питающей сети оказывается недостаточным.
Этот способ борьбы с индустриальными помехами характеризуется большими габаритами, узким диапазоном защиты по частоте (некоторые старшие гармоники все же просачиваются), входному напряжению и нагрузке.
Достаточно эффективным способом решения этой задачи является применение активных корректоров коэффициента мощности.
Рис.4. Работа выпрямителя на фильтр с емкостной нагрузкой: а) упрощенная принципиальная схема; б) временная диаграммы выпрямителя.
Под коэффициентом мощности понимают величину, равную отношению активной мощности Р электрической цепи переменного тока к полной мощности S этой цепи. Условное обозначение - cos,, = P/S.
Угол ф является углом сдвига тока и напряжения электрической сети, его источником является реактивная мощность, потребляемая по сети переменного тока и нагружающая питающую сеть, что, в свою очередь, приводит к дополнительному нагреву сетевых проводов.
Работа выпрямителя на емкостную нагрузку (фильтр, преобразователь) приводит к отставанию тока от напряжения (рис.4), искажению формы электрического тока (отличию его от синусоидальной), что, естественно, сопровождается порождением нежелательных паразитных гармоник, которые и распространяются по питающим проводам (величина коэффициента мощности в этой схеме находится в пределах 0,5...0,7).
Очевидно, что, обеспечив многократный подзаряд фильтрового конденсатора в течение полуволны выпрямленного напряжения, можно уменьшить величину угла (р (рис.5. а), 1зар, IpaJp на рисунке - это токи заряда и разряда конденсатора фильтра С соответственно.
Рис. 5. Работа активного корректора коэффициента мощности: а) упрощенная схема корректора мощности; б) временные диаграммы.
Реализация этого подхода осуществляется следующей упрощенной схемой (рис.5. б): во время открытого состояния ключа Q (MOSFET) ток через дроссель линейно нарастает, диод D закрыт, а конденсатор С2 в этот момент разряжается в цепь нагрузки RH, в дросселе L происходит накопление энергии. Затем, транзистор запирается, напряжения на дросселе достаточно для открывания диода D и заряда конденсатора С2. Конденсатор С1, как правило, малой емкости и служит для фильтрации высокочастотных помех, которые возникают при работе ключа на частоте 50...100 кГц.
Управление ключом осуществляется специальным устройством управления УУ, которое синхронизирует эту работу.
4. Элементная база, используемая в источниках питания
Схемотехника источников питания мониторов достаточно разнообразна, однако, наибольшее распространение получили преобразователи на базе микросхем ШИМ-регуляторов с опережающим токовым регулированием серии UC3842/43, и ее аналогов - КА3842/82, DBL3842, SG3842.
По-видимому, это связано с простотой управления и применения (требует минимального числа внешних радиоэлементов).
Микросхема содержит цепи точного формирования длительности цикла управления (до 96%), температурно компенсированный источник опорного напряжения (0,2 мВ/°С), усилитель ошибки с высоким коэффициентом усиления (до 90 дБ в разомкнутой цепи), тотемный выход для управления ключом на полевом транзисторе (выходной ток до I А).
В источниках питания мониторов Panasonic применяется микросхема M62281FP аналогичного назначения, а в последнее время в мониторах SAMSUNG - микросхема управления двухтактным квазирезонансным преобразователем МС34067.
Сравнительная характеристика микросхем по типовым параметрам приведена в табл.2.
Таблица 2. Сравнительная характеристика микросхем ШИМ-регуляторов
| Микро-схема | Частота, кГц | Напряжение включения генератора, В | Напряжение выключения генератора, В | Потребляемый ток ИС, в режиме ожидания, мкА | Потребляемый ток ИС в рабочем режиме, |
| UC3842A | 52 | 16,0 | 10,0 | 500 | 12 |
| UC3842B | 250 | 16,0 | 10,0 | 300 | 12 |
| КА3882 | 52 | 16 | 10 | 200 | 11 |
| UC3843A | 52 | 8,4 | 7,6 | 500 | 12 |
| UC3843B | 250 | 8,4 | 7,6 | 300 | |
| КА3883 | 52 | 8,4 | 7,6 | 200 | 11 |
| M62281FP | 180 | 12,5 | 8,3 | 180 | 13 |
| МС34067 | 525 | 16 | 9,0 | 500 | 27 |
| STR6707 | 8,0 | 4,9 | 200 | 29 | |
| КА2Н0880 | 100 | 15 | 10 | ||
| TDA4605 | 180 | 12 | 6,9 | 500 | 12 |
Особенностью микросхем данного типа является наличие релейного режима энергосбережения (SMPS - switching mode power supply), который обеспечивается наличием триггерного включения и выключения питания, т.е. источник питания включается (выключается) при превышении (уменьшении) напряжения питания некоторого установленного напряжения порога.
В этом режиме источник питания выключается при уменьшении питающего напряжения в аварийных режимах работы монитора.
Типовая зависимость потребляемого тока микросхемы от ее напряжения питания приведена на Рис.6.
В режим малого потребления энергии микросхема переводится путем перегрузки по одному из выводов питания (опорному или непосредственно питания).
Рис. 6. Зависимость потребляемого тока микросхем от напряжения питания (VC3842, MOTOROLA)
В качестве ключевых элементов преобразователей нашли широкое применение мощные полевые транзисторы MOSFET.
Современные транзисторы данного класса обладают неплохими электрическими и частотными характеристиками (ввиду отсутствия не основных носителей частота переключения их гораздо выше биполярных).
Максимальное значение напряжения сток-исток транзистора определяется суммой двойного выпрямленного напряжения сети и напряжения перехода.
Значение напряжения перехода зависит от индуктивности рассеяния трансформатора преобразователя и емкости гасящего конденсатора в цепи стока.
Как правило, минимально-необходимое напряжение сток-исток транзистора, работающего в преобразователе, питаемого от сети 220/240 В, составляет 800 В.
Следует отметить, что наряду с указанными, в источниках питания применяется ряд микросхем серии STR различного функционального назначения, как правило, содержащих мощный ключевой биполярный транзистор.
В некоторых случаях, для источников с транзисторами этого класса индуктивность рассеяния трансформатора значительна и напряжение на коллекторе транзистора может превышать 1000 В, поэтому использование транзисторов с более высоким значением максимально допустимого напряжения коллектор-эмиттер считается более предпочтительным.
Применение универсальных переключателей входного напряжения этой же серии (типа STR81145, STR83145 и др.) позволяет расширить допустимый диапазон входного переменного напряжения при эксплуатации монитора.
Наличием высокой частоты работы преобразователя объясняется использование специальных элементов, допускающих работу при повышенных частотах и температурах. Вследствие этого, в качестве выпрямительных используются диоды Шоттки с малым падением напряжения в прямом направлении (0,2...0,3 В для кремниевых диодов) и конденсаторы с малыми потерями, допускающими работу при высоких температурах.
Отличительной особенностью источников питания является широкое применение элементов защиты, специально предназначенных для подавления перенапряжения, возникающего в переходном процессе.
Кроме описанных элементов защиты в п.1.2, этот эффект достигается включением в управляющих электродах: коммутационных цепей (ключевых транзисторов, тиристоров и т.п.), диодов TRANSIL, TVS (transient voltage suppressor - подавитель напряжений переходных процессов).
В отличие от варисторов, также используемых для этих целей, диоды TRANSIL являются более быстродействующими, их время срабатывания составляет несколько пикосекунд.
Функционирование диодов этого типа всегда приводит к ограничению сигнала уровнем напряжения фиксации (рис.7), вызванного волной перенапряжения.
Рис. 7. Вольт-амперная характеристика диода TRANSIL
а) обозначение на принципиальной схеме;
б) ВАХ диода
На рисунке приняты следующие обозначения Umaxo (пиковое обратное напряжение) максимальное рабочее напряжение, при котором протекающий в течение длительного времени ток не вызывает выхода из строя защищаемого компонента, Unp - пробивное напряжение, т.е. напряжение, при котором происходит резкое увеличение протекающего тока, причем скорость увеличения тока превышает скорость увеличения напряжения, Uorp - напряжение фиксации (ограничения), Unp - падение напряжение на диода при смещении перехода в прямом направлении, Io6pmax - максимальное допустимое значение тока в рабочем режиме, 1пршх - максимальный прямой ток диода,
- значение тока в рабочем режиме, соответствующее, 
В тексте описаний принципиальных схем ввиду близости свойств, ВАХ и принципа функционирования эти диоды названы в некоторых случаях стабилитронами или просто диодами.