Первісне поширення імпульсні блоки живлення (ІПБ) отримали переважно в телевізорах, в подальшому - в відеомагнітофонах, відеоапаратури та іншої побутової техніки, що пояснюється в основному двома причинами. По-перше, чутливість телевізорів і відеомагнітофонів до створюваних імпульсним БП перешкод значно нижче, ніж наприклад, апаратури звуковідтворення, особливо високоякісного. По-друге, телевізійні приймачі і відеомагнітофони відрізняються відносною сталістю і порівняно невеликою величиною (10 ... 80 Вт) потужності, споживаної в навантаженні.
Коливання цієї потужності в кінескопів телевізорах обумовлені змінами яскравості екрану при зміні сюжетів і становить не більше 20 Вт (приблизно 30% максимальної споживаної потужності). Для відеомагнітофонів коливання потужності, споживаної в навантаженні виникають, в основному, тільки при перемиканні режимів роботи механізму протягування стрічки (ЛПМ) і становлять не більше декількох одиниць Ватт. Для прикладу, в стереофонічному підсилювачі з вихідною потужністю 2 х 20 Вт коливання потужності досягають 70-80 Вт (приблизно 70-80% максимальної споживаної потужності). Тому для цього класу радіоапаратури ДБЖ виходять більш дорогими через необхідність використання потужних двотактних схем перетворювачів (конверторів), більш складних стабілізаторів, фільтрів і т.д.
У зв'язку з цим, конструктори як більш ранніх, так і сучасних моделей телевізорів, відеоапаратури та іншої побутової техніки, як правило, дотримуються добре зарекомендували себе з точки зору надійності, економічності і простоти принципів побудови імпульсних блоків живлення. Основні зусилля спрямовуються, в першу чергу, на вдосконалення та мікромініатюризація елементної бази, підвищення надійності ДБЖ (в тому числі шляхом введення різних захистів) і розширення робочого діапазону живлячої їх напруги мережі.
На практиці в конструкціях імпульсних блоків живлення телевізорів і відеомагнітофонів найбільшого поширення набули ДБЖ на основі регульованого конвертера з безтрансформаторним входом.
Структурна схема імпульсного блоку живлення складається з двох основних елементів: мережевого випрямляча СВ і перетворювача напруги ПН.
Мережевий випрямляч виконує функції випрямлення напруги мережі Uc і згладжування пульсацій, забезпечує режим плавного заряду конденсаторів фільтра при включенні БП, безперебійної подачі енергії в навантаження при короткочасних провалах напруги мережі нижче допустимого рівня і зменшення рівня перешкод за рахунок застосування спеціальних помехоподавляющих фільтрів (більш докладно методи боротьби з перешкодами в імпульсних блоках харчування будуть розглянуті пізніше).
Перетворювач напруги включає в себе конвертор Кв і контролер (пристрої управління) К. Конвертор, в свою чергу, складається з регульованого інвертора І, імпульсного трансформатора Т, випрямлячів В і стабілізаторів СМ вторинних напруг живлення навантаження Uн. Інвертор перетворює постійну вихідну напругу СВ в змінне прямокутної форми. Імпульсний трансформатор працює на підвищеній частоті (більше 20 кГц) і забезпечує автогенераторного режим інвертора, отримання напруг, необхідних для харчування власне контролера, схем захисту та ланцюгів навантаження БП, а також гальванічну розв'язку мережі з навантаженням.
Контролером здійснюється імпульсна управління потужним транзисторним ключем інвертора (із зазначених вище причин в телевізорах і відеоапаратури в основному застосовуються тільки конвертори на основі однотактного інвертора із самозбудженням (автогенератори)). Крім того, на контролер покладено функції стабілізації напруги на навантаженні, а також захист БП від перенапруги (boost), перевантажень по вихідному струму, скидів (осідань) напруги (buck) і перегріву. У деяких конструкціях безпосередньо в схемі контролера додатково реалізується функція дистанційного включення / виключення апарату.
Мал. 1. Узагальнена структурна схема імпульсного блоку живлення
Контролер ДБЖ включає в себе наступні функціональні вузли: джерело живлення контролера ІПК; модулятор тривалості імпульсів МДІ; пристрій захисту УЗ; логічну схему ЛЗ для об'єднання сигналів МДІ та УЗ; формувач керуючого напруги Фун для потужного транзистора конвертора.
У контролерах тілі і відеоапаратури, як правило, застосовуються схеми ІПК на основі запускають ланцюжків, короткочасно підключаються до вихідній напрузі мережевого випрямляча з подальшим переходом на харчування від спеціальної обмотки імпульсного трансформатора Т.
Модулятор тривалості імпульсів (МДІ) формує імпульсну послідовність з заданим співвідношенням тривалості імпульсу до тривалості паузи (скважностью). Залежно від способу управління потужним транзистором конвертора в МДІ можуть використовуватися такі види модуляції: фазо-імпульсна (ФІМ); частотно-імпульсна (ЧИМ); широтно-імпульсна (ШІМ). В імпульсних БП найбільш широке застосування знайшли МДІ на основі ШІМ завдяки простоті схемної реалізації, а також тому, що в ШІМ-перетворювачів напруги частота комутації залишається незмінною, а змінюється тільки тривалість імпульсу. У ФІМ- і ЧИМ-перетворювачах частота комутації в процесі регулювання змінюється, що є їх основним недоліком, що обмежує застосування в ДБЖ ТВ і ВМ (перешкоди).
Мал. 2. Структурна схема модулятора тривалості імпульсів
Принципи побудови і роботу МДІ на основі широтно-імпульсної модуляції (ШІМ-модулятора) розглянемо докладніше. До складу МДІ входять наступні функціональні вузли (рис. 2): джерело опорного напруги ІОН; підсилювач сигналу помилки (неузгодженості) УСО; задає генератор ЗГ; генератор пилкоподібної напруги ДПН; ШІМ-компаратор ШК.
Мал. 3. Епюри, що характеризують роботу ШІМ-модулятора
ШІМ-модулятор працює наступним чином. ЗГ генерує коливання прямокутної форми (рис. 3, а) з частотою, рівній робочої частоті перетворювача напруги. Сформоване з цих коливань в ДПН пилкоподібна напруга Uп (рис. 3, б) надходить на вхід ШІМ-компаратора ШК, на інший вхід якого надходить сигнал з виходу підсилювача сигналу помилки. Вихідний сигнал УСО Uош пропорційний різниці між опорною напругою і напругою, що виробляється ланцюгом зворотного зв'язку Uoc. Таким чином, напруга Uош є сигналом неузгодженості, рівень якого змінюється пропорційно зміні струму навантаження Iн або вихідної напруги U вих БП (див. Рис. 1). В результаті такої побудови схеми утворюється замкнута ланцюг регулювання рівня вихідної напруги.
ШІМ-компаратор є лінійно-дискретним функціональним вузлом МДІ. Вхід, на який надходить пилкоподібна напруга, є опорним, а другий - керуючим. Вихідний сигнал ШК-імпульсний. Загальна тривалість вихідних імпульсів (рис. 3., в) визначається рівнем перевищення сигналу Uош над опорним Uп і змінюється в процесі роботи відповідно до зміни вхідного сигналу. Модульовані по тривалості вихідні імпульси ШК через логічну схему ЛЗ (див. Рис. 1) надходять на формувач керуючого напруги Фун, в якому формується сигнал упарвління перемиканням потужного ключового транзистора конвертора.
Стабілізація вихідної напруги Uн реалізується за рахунок того, що при зміні вихідної напруги перетворювача, напруга зворотного зв'язку Uoc також змінюється, викликаючи зміну тривалості імпульсів на виході ШК, а це, в свою чергу, викликає зміну потужності, що віддається під вторинні кола. Це забезпечує стабільність вихідної напруги ПН за середнім значенням.
Одним з основних вимог до імпульсних блоків живлення є забезпечення гальванічної розв'язки мережі живлення і навантаження, пов'язаної по ланцюгах зворотного зв'язку з пристроєм захисту УЗ і підсилювачем сигналу помилки УСО.
Як елементи розв'язки в даний час застосовуються опто-електронні пари (оптрони) або трансформатори. Безперечними перевагами оптронной розв'язки в порівнянні з трансформаторної є її технологічність, малі габарити і можливість передавати сигнали в широкому спектрі частот.
Однак трансформаторна розв'язка дозволяє обійтися меншим числом проміжних підсилювачів в контролері ІБП, здійснити більш просте узгодження з високовольтними джерелами сигналів зворотного зв'язку (наприклад, в блоках живлення телевізорів, що використовують для ШІМ-регулювання імпульси зворотного ходу рядкової розгортки). Тим не менш, у даний час конструктори при розробці імпульсних блоків живлення все більшу перевагу віддають ОПТРОН ланцюгах розв'язки.
На закінчення відзначимо, що головною тенденцією вдосконалення імпульсних блоків живлення побутової відеоапаратури є перехід від конструкцій на дискретних елементах до конструкцій блоків живлення, практично повністю виконаних на інтегральних мікросхемах. В першу чергу це стосується схем контролерів ІБП і стабілізаторів вторинних напруг навантаження. Окремо необхідно сказати про потужних високовольтних транзисторних ключах. В даний час все частіше застосовуються ІМС-контролери з вбудованим силовим ключем, причому біполярні транзистори витісняються потужними КМОП-транзисторами. Головні переваги КМОП ключів - це більш просте управління ними, підвищена стійкість до вторинного пробою через зниження ймовірності локального nepeгреваa кристала, підвищена (до 0,1 -1,0 МГц) частота перемикання (в них не відбувається накопичення заряду).
У наступному матеріалі розглянемо докладніше принципи побудови та особливості роботи імпульсних блоків живлення на прикладі конкретних принципових схем .
