Источник питания (в дальнейшем сокращенно — ИП) является важным узлом ВМ, в котором из переменного напряжения питающей сети образуются все необходимые для его работы постоян­ные напряжения. В подавляющем большинстве моделей ВМ используются импульсные схемы ИП из-за их высоких энергетических показателей и стабильности. Требования к ИП ВМ предъявляются, как правило, такие же, как и для применения в других устройствах, а именно: высокий КПД, малый вес, высокая стабильность выходных напряжений и их малая пульсация, отсутствие излучения радиопомех, а также высокая надежность. Следствием этих требований является применение специально разработанных для использования в импульсных ИП элементов (ферритов, транзисторов, микросхем, диодов и конденсаторов) и технологий (компоновка элементов на плате, экранировка, подавление радиопомех). В ИП для ВМ используются схемы импульсных трансформаторных конвертеров с "прямым" включением диодов на выходе. Такая схема ИП приведена на рис. 2 слева, а справа показана форма токов и напряжений на ее элементах.

Принцип работы этого ИП следующий: когда транзистор ТК находится в режиме насыщения (полностью открыт), энергия от выпрямителя напряжения сети поступает через трансформатор Т и диод D в нагрузку, одновременно заряжается конденсатор С, а когда транзистор закрыт, конденсатор отдает в нагрузку накопленную энергию. Напряжение на выходе такого источника не зависит от тока нагрузки и частоты переключения транзистора, но определяется коэффициентом трансформации обмоток и коэффициентом заполнения импульсов VT, т.е. регулировка выходного напряжения или его стабилизация может осуществляться за счет широтноимпульсной модуляции (ШИМ) путем управления длительностью открытого состояния ключевого транзистора. Рабочая частота ИП составляет 15 — 80 кГц, она может быть также синхронизована с частотой строчной развертки ВМ для исключения образования продуктов "биения частот", которые приводят к искажениям растра и появлению на экране ряби или других нежелательных эффектов.

В ВМ ранних выпусков (80-е годы) типа CGA и EGA использовались схемы ИП преимущественно с применением биполярных транзисторов, а в более поздних (типа VGA и SVGA) чаще стали применяться схемы с полевыми транзисторами в качестве ключевого элемента. Полевые транзисторы, разработанные для применения в блоках питания, обеспечивают лучшие временные параметры, допускают работу ИП на самых высоких частотах и выдерживают более высокую рабочую температуру. Это приводит к уменьшению размеров ИП, что позволяет разместить его на единой с основной схемой плате и упростить общую конструкцию ВМ. Следует отметить, что высокая рабочая частота ИП предполагает также использование специальных выпрямительных диодов (диодов Шоттки), имеющих малое падение напряжения в прямом направлении, и электролитических конденсаторов с малыми потерями на этих частотах, допускающих работу при повышенных

температурах Трансформаторы в ИП выполняются на сердечнике из феррита с зазором для уменьшения его намагниченности, а обмотки намотаны таким образом, чтобы обеспечить максимальную связь между ними.

При всем разнообразии существующих моделей ВМ, схемотехника их ИП сводится к единой блок-схеме с небольшими вариациями и дополнениями Основные отличия состоят в используемой базовой схеме управления ключом, от которой зависят типы применяемых ключевых элементов (биполярные транзисторы или полевые) и способ регулирования выходных напряжений.

Ниже на рис 3 приводится типичная блок-схема ИП

Переменное напряжение питающей сети поступает через предохранитель ПР и сетевой фильтр на выключатель ВК, установленный обычно на передней панели ВМ. С выключателя сетевое напряжение подводится через термистор к петле размагничивания ЭЛТ и выпрямителю, на выходе которого подключен электролитический конденсатор С. На этом конденсаторе получается (при напряжении питающей сети 220 В) постоянное напряжение величиной до 340 В. Для уменьшения стартового тока заряда этого конденсатора в цепь на входе выпрямительного моста иногда включают термистор, который в момент включения имеет сопротивление десятки Ом, а после его нагрева сопротивление падает до нескольких Ом. Это предохраняет диодный мост от чрезмерных перегрузок в момент включения ВМ Постоянное напряжение от выпрямителя поступает на последовательно соединенные первичную обмотку силового трансформатора и ключевой транзистор для создания импульсов тока в этой цепи. Схема управления ключом обеспечивает задание частоты следования импульсов и их длительности (ШИМ) для регулирования выходных напряжений ИП Сигнал о величине выходного напряжения ИП может поступать на схему управления от вторичной обмотки или от одного из выходных выпрямителей В через элемент гальванической развязки, в качестве которого может использоваться оптрон или импульсный трансформатор. На схему управления ключом могут поступать также сигналы для синхронизации рабочей частоты ИП с частотой строчной развертки, схем защиты по аварийным перегрузкам и схем отключения ИП при отсутствии на входе импульсов синхронизации от компьютера Выходные выпрямители, подключенные к вторичным обмоткам силового трансформатора, обеспечивают получение необходимых постоянных питающих напряжений для всех узлов ВМ.

Как правило ИП в ВМ вырабатывает следующие напряжения:

• 6.3 В — для накала ЭЛТ,
• 12 — 15В — для питания схем управления,
• 24 — 60 В — для питания кадровой развертки,
• 70 — 170 В — для блока строчной развертки.

Все эти напряжения определяются соотношением витков в обмотках трансформатора, поэтому они жестко связаны между собой. При настройке ИП устанавливается величина одного из них, а другие могут незначительно отличаться от номиналов, указанных в схеме.

Рассмотрим более подробно наиболее типичные схемы ИП. На рис. 4 приведена схема входной части ИП

Сетевое напряжение с помощью кабеля подается на трехконтактный разъем CN1, в котором, кроме двух контактов для силовых линий однофазной сети, имеется контакт защитного заземления. Этот контакт обеспечивает электрическое соединение металлических деталей конструкции ВМ с линией заземления, общей для всех компонентов системы компьютера. На эту линию замыкается ток при электрическом пробое какойлибо детали на корпус при аварийной ситуации, и "стекают" образующиеся при работе ВМ электростатические заряды, не допуская образования высокого напряжения между схемами компонентов системы компьютера.

Для защиты от чрезмерного тока потребления от сети во входной цепи ИП включают плавкий предохранитель ПР на ток 2 — ЗА.

Сетевой фильтр предотвращает попадание высокочастотных импульсных токов, образующихся при работе ИП и имеющих широкий спектр частот, в питающую сеть. Фильтр образован индуктивностью L2 из двух хорошо изолированных обмоток на ферритовом сердечнике, конденсаторами С1, С2, СЗ и дросселями L3, L4. Резистор R1 служит для разряда этих конденсаторов в обесточен­ном состоянии.

Сетевой выключатель ВК устанавливается обычно на передней панели ВМ, поэтому для удобства сборки он имеет длинные провода и подключается к схеме на плате ИП через разъемы CN2 и CN3.

Выпрямитель образован диодами D1 — D4, включенными по мостовой схеме, и электролитическим конденсатором С4 емкостью 220 мкФ с рабочим напряжением 400 В.

Термистор TR2 уменьшает бросок тока через диоды выпрямительного моста при заряде конденсатора С4 в момент включения ИП, иногда вместо него применяют проволочный резистор 2 — 5 Ом.

Схема наиболее простого ИП для ВМ типа EGA производства фирмы TANDON приведена на рис. 5.

Схема работает следующим образом. Напряжение +300 В от сетевого выпрямителя поступает через первичную обмотку W1 трансформатора Т901 на коллектор ключевого транзистора Q901. С эмиттера Q901 через резистор R911 цепь замыкается на отрицательный вывод сетевого выпрямителя. От вспомогательной обмотки W2 сигнал положительной обратной связи поступает через элементы D905, С910, R907, R908 в базу транзистора Q901. Это есть не что иное как автогенераторная схема типа блокинг-генератор, работающая на частоте, определяемой параметрами трансформатора, емкостью С910 и резисторами R905 и R906 начального смещения рабочей точки транзистора. Цепочка С911, D907, R909 служит для подавления выбросов напряжения в момент выключения транзистора и облегчает режим его работы.

Схема управления ИП включает в себя транзистор Q902, оптопару U902 и выпрямитель на D906 и С913. Регулирование и стабилизация выходных напряжений осуществляется уменьшением длительности открытого состояния транзистора Q901, путем замыкания его перехода Б—Э с помощью транзистора Q902. Момент выключения Q901 определяется достижением необходимого значения напряжения 55 В, которое через делитель R914, VR901 и R915 поступает на микросхему регулятора напряжения U901. При превышении заданного с помощью потенциометра VR901 напряжения ИС U901 открывается и начинает протекать ток через светодиод оптопары. Засветка фототранзистора оптопары U902 приводит к его открыванию и появлению тока в базе Q902, он открывается и выключает Q901 Транзистор Q902 используется также для ограничения среднего тока, протекающего через ключевой транзистор. Резистор R911 в цепи эмиттера ключевого транзистора Q901 является датчиком тока. Напряжение с него через цепочку R912, С912 поступает на базу Q902. При увеличении напряжения до величины, достаточной для его открывания, он выключает ключ Q902.

Следует отметить, что, несмотря на простоту описанной схемы, ремонт такого ИП иногда бывает затруднен отсутствием оригинального ключевого транзистора. Попытки применить вместо него транзистор для блоков строчной развертки не всегда приводят к желаемому результату из-за, как правило, низкого коэффициента передачи тока у последних, при этом либо происходит ненадежный запуск ИП или он вообще не запускается.

Схема ИП на рис. 6 по принципу работы не отличается от предыдущей, но имеет свои осо­бенности.

Рис. 6. Схема ИП с ключевым биполярным транзистором

Ключевой транзистор Q901 совместно с трансформатором Т901 (обмотки W1 и W2) образует блокинг-генератор. Транзистор Q903 обеспечивает только защиту ключевого транзистора. Стабилизация выходных напряжений осуществляется по напряжению от обмотки W3, которое после выпрямления диодом D915 и сглаживанием на емкости С920 поступает на делитель из R917, R916 и VR901. Напряжение с делителя сравнивается на транзисторе Q904 с напряжением на стабилитроне D913, и при превышении заданного значения транзистор Q904 открывается и, в свою очередь, открывает Q902. Последний шунтирует переход Б—Э ключевого транзистора, и импульс тока через первичную обмотку трансформатора заканчивается. Импульс синхронизации от блока строчной развертки поступает через изолирующий трансформатор Т902 и цепочку R921, D914 прямо в базу ключевого транзистора и форсирует его открывание. Обмотка W4 совместно с диодом D910 служит для создания тока, уменьшающего намагниченность ферритового сердечника, что облегчает режим работы трансформатора и ключевого транзистора.

Описанные выше схемы иллюстрируют простейшие ИП для ВМ выпуска 80-х годов, однако, они достаточно часто встречаются и сегодня. Наряду с ними в последнее время все чаще применяются схемы с использованием специализированных микросхем, таких как TDA4600, AN5900, JC3842 и большой серии микросхем STK, часто включающих в себя и ключевой транзистор. Наибольшее распространение из указанных имеет микросхема UC3842, вероятно, из-за ее простоты и удобства применения. Она предназначена для управления полевым транзистором в качестве силового ключа, имеет внутренний источник опорного напряжения, встроенный генератор ШИМ и обеспечивает защиту по току ключевого транзистора. Назначение выводов микросхемы UC3842 представлено в табл. 3, а ее свойства будут рассмотрены ниже в ходе описания работы базовой схемы включения, показанной на рис. 7.

Отличие схемы на рис. 7 от ИП с транзисторными схемами управления заключается в применении полевого транзистора в качестве ключа. ИС U1 обеспечивает работу только п-канального МОП транзистора с изолированным затвором, так как управляющий сигнал на ее выводе 6 (OUT) имеет амплитуду, близкую к ее напряжению питания (Vcc) на выводе 7. При появлении на входе схемы напряжения в 300 В, на 7-й вывод ИС U1 через резисторы R10, R11 и R12 поступает напряжение, ограниченное стабилитроном ZD1 (около 30 В), и происходит включение внутренних схем в ИС. Внутренний генератор начинает вырабатывать импульсы с частотой, определяемой цепочкой R1, С1, подключенной к выводу 4 (RC). С вывода 6 микросхемы (OUT) импульсы через ограничительный резистор R8 поступают на затвор ключевого транзистора Q1, обеспечивая импульсный ток в первичной обмотке W1 силового трансформатора Т1. Это, в свою очередь, при­водит к появлению напряжения в обмотке W2 трансформатора, которое после выпрямления дио­дом D1 и сглаживания на емкости С2 поступает на вывод 7 ИС, обеспечивая ее работу в рабочем режиме. Следует отметить одно важное свойство данной ИС: она может включиться (стартовать) только при напряжении на выводе Vcc не менее 17 В, но может продолжать работать при напряжении более 12 В, при этом в рабочем состоянии ее потребление тока возрастает в несколько раз. Это обстоятельство позволяет дополнительно защитить ИП от коротких замыканий во вторичных цепях трансформатора Т1, например, при выходе из строя одного из выпрямительных диодов, про­боя электролитических конденсаторов или при неисправности в одном из блоков ВМ. Происходит это таким образом. Для включении ИС, вследствие ее малого потребления тока, достаточно напряжения, получаемого от выпрямителя 300 В через резисторы R10, R11, R12. В рабочем режиме ток потребления ИС возрастает, но напряжение питания (обычно 13 — 15В) поступает уже от выпрямителя напряжения с обмотки W2, который обеспечивает необходимый ток. В случае коротких замыканий на выходе ИП напряжения от обмотки W2 не хватает для работы ИС (менее 12 В) и она выключается до момента, когда электролитический конденсатор С2 зарядится через резисторы R10, R11, R12 до напряжения ее включения (более 17 В). Далее ИС опять включается и немедлен­но выключается. Интервал включения зависит от емкости конденсатора С2 и величины резисторов R10 — R12, и обычно он составляет величину от долей секунды до нескольких секунд, при этом слышны слабые щелчки от трансформатора ИП. Такой режим ИП в случае различных неисправностей обеспечивает совместно с быстродействующей защитой по току силового ключа через сигнал CURR SEN от резистора R6 практически 100%-ую его защиту. Регулировка и стабилизация выходных напряжений ИП производятся по напряжению от выпрямителя с обмотки W2, которое поступает на делитель R3, VR1, R4 и с него — на вывод 2 (FB) ИС U1. Напряжение на этом выводе сравнивается внутри микросхемы с опорным напряжением, в результате происходит управление (ШИМ) длительностью состояния открытого ключа.

Пример полной схемы ИП ВМ "Acer 7134" с применением ИС UC3842 приведен на рис. 8.

Напряжение питания сети поступает от разъема CN601 на входной фильтр L601, С602 и через выключатель S601, дроссели L602, L603, термистор TR601 на выпрямительный мост из диодов D601 — D604. На выходе выпрямителя включен сглаживающий электролитический конденсатор С605 Цепочка из резисторов R603, R604, R622 и стабилитрона ZD604 обеспечивает пусковое напряжение для 1С601 (UC3842) Ключевой транзистор Q601 управляется от вывода 6 1С601 через ограничительный резистор R609. Переход стокисток транзистора Q601 замыкает цепь первичной обмотки W1 силового трансформатора Т601 на источник постоянного напряжения от выпрямителя. Дроссель L605, выполненный в виде отрезка проводника с надетыми на него ферритовыми кольцами, увеличивает время нарастания тока через ключевой транзистор, что исключает прохождение через него очень коротких, но больших по величине импульсов тока в момент его включения, а также снижает уровень излучаемых радиопомех. Цепочка, состоящая из D606, R605, С606, С607, уменьшает выбросы напряжения на обмотке W1 в момент закрывания транзистора и облегчает режим работы ключевого транзистора Q601. В цепи истока транзистора Q601 включен резистор R608, с которого напряжение через резистор R616 поступает на вывод 3 (CURR SEN) 1С601 для обеспечения работы схемы ограничения тока через Q601. Для питания микросхемы 1С601 в рабочем режиме используется напряжение от выпрямителя D605, С609, подключенного к обмотке W2. Это напряжение используется также для установки и стабилизации выходных напряжений, для чего оно через делитель из резисторов R623, VR601, R610 поступает на вывод 2 (FB) 1С601. Ста­билитрон ZD601 служит для ограничения выходных напряжений ИП. При превышении напряжения от обмотки W2 более 15 В стабилитрон открывается и увеличивает напряжение на выводе FB 1С601, что приводит к уменьшению длительности открытого состояния ключевого транзистора и, соответственно, снижению выходных напряжений ИП. Описываемый ИП обеспечивает режим экономии питания для обеспечения функции "GREEN", для чего в его схему дополнительно включен выпрямитель (С601, ZD603, D608, С621) со стабилизатором (Q604, ZD605, R628, R629), который вырабатывает напряжение питания для схемы включения ИС 1С601. Управление работой этой микросхемы (ее выключение) производится замыканием ее вывода 1 (СОМР) на О В с помощью транзистора Q603. Сигналом для включения рабочего режима является появление тока через светодиод оптопары IC603. Этот ток появляется при появлении синхроимпульсов V-SYNC и H-SYNC от видеокарты компьютера. При засветке фототранзистора оптопары напряжение на нем падает, и схема на ИС IC602 и транзисторе Q607 вырабатывает напряжение, запирающее транзистор Q603, и ИП включается в рабочем режиме. Для индикации состояния ИП (включен, режим GREEN) служат светодиоды, установленные на передней панели ВМ и подключенные через разъем CN603 к схеме на транзисторах Q602, Q605, Q606.

В данном ИП выходные выпрямители вырабатывают следующие напряжения:

• 6.3В — для накала ЭЛТ,
• 12В —для питания схем управления и кадровой развертки,
• 90 В — для оконечных видеусилителей,
• В+ — для питания выходного каскада строчной развертки

Величина напряжения В+ изменяется соответственно частоте строчных синхроимпульсов.

• 90 В для строчной частоты 31 кГц,
• 103 В для строчной частоты 35 кГц,
• 113В для строчной частоты 37 кГц,
• 147 В для строчной частоты 48 кГц

Включение необходимого напряжения В+ производится транзисторными ключами Q705, Q706, Q707 (35 кГц), Q701, Q702, Q710 (37 кГц) и Q712, Q713, Q714 (48 кГц) и сигналами F33A, F36A, F46A от схемы управления. Подключение выходных напряжений от транзисторных ключей к точке В+ производится через диоды D721, D706, D707 для предотвращения замыкания разных по величине напряжений от выходных выпрямителей. При отсутствии сигналов управления напряжение В+ устанавливается равным 90 В (все ключи закрыты). На печатной плате имеется набор перемычек J701 — J712, которые устанавливаются в соответствии с версией ВМ, на рис 8 они показаны для наиболее сложной модели.