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 1 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. 1.


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. 1. В режим малого потребления энергии микросхема переводится путем перегрузки по одному из выводов питания (опорному или непосредственно питания).


В качестве ключевых элементов преобразователей нашли широкое применение мощные полевые транзисторы MOSFET. Современные транзисторы данного класса обладают неплохими электрическими и частотными характеристиками (ввиду отсутствия неосновных 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 2 ), вызванного волной перенапряжения.

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, 1о6р шх - максимальное допустимое значение тока в рабочем режиме, 1пр чах - максимальный прямой ток диода, 1Раб обр - значение тока в рабочем режиме, соответствующее Uma,co. В тексте описаний принципиальных схем ввиду близости свойств, ВАХ и принципа функционирования эти диоды названы в некоторых случаях стабилитронами или просто диодами.