Файлы для скачивания:
Схема блока питания EAX64744201(v 1.3) ЖК ТВ LG 42LM660S (скачать);
Datasheet APFC контроллера FAN7930B (скачать файл);
Всем привет!
Продолжаю цикл статей по устройству и ремонту ЖК телевизоров.
Дорогие друзья, в этой статье предлагаю рассмотреть такую интересную тему, как корректор коэффициента мощности (ККМ) импульсного блока питания. Уже много по этому поводу написано в интернете статей, не повторяться тяжеловато, но попробую :-). Тема довольно непростая для понимания, но я постараюсь написать статью максимально понятным языком и постараюсь сделать ее интересной.
Статья получилась просто огромная, никаких плюшек для ее прочтения не хватит :-), поэтому выкладываю ее на выходных, чтобы было время для прочтения. Все затронутые в статье темы, до начала описания принципа работы PFC, просто необходимо было изложить для нормального понимания принципа работы PFC, поэтому пардон, за "многобуков".
Для простоты понимания данной темы, предлагаю такой подход:
- рассмотреть работу катушки индуктивности в импульсном режиме
- рассмотреть устройство и принцип действия повышающего преобразователя
- рассмотреть общий принцип работы Корректора Коэффициента Мощности (ККМ)
- на реальном блоке питания разобрать работу Активного Корректора Коэффициента Мощности (АККМ).
1. Катушка индуктивности.
Одним из важных компонентов PFC является дроссель. Предлагаю рассмотреть свойства дросселя и происходящие в нем процессы при протекании электрического тока более детально.
Давайте смоделируем пример из школьной программы:
К источнику постоянного тока через выключатель подключим параллельно две лампы накаливания. Первая лампа накаливания подключена к источнику напрямую, а вторая подключена через катушку индуктивности. На схеме вместо выключателя и батарейки для моделирования я использовал генератор импульсов амплитудой 12В и частотой 0.5Гц.
Как видно из gif-ки, лампочка, подключенная через катушку индуктивности, при подаче питания зажигается позже.
В программе Multisim я брал виртуальные компоненты, поэтому все так красиво моргает, а в реальной жизни, лампочке Х2 после первого же выключения пришел бы "кабздец". Почему? Давайте разбираться :-).
Заменим лампу накаливания эквивалентом - сопротивлением, поставим номинал индуктивности поменьше, и соберем такую схему:
Ну, не совсем такую :-), вместо ключа S1, чтобы "клацать выключателем" с частотой 10кГц, поставим его эквивалент и получим такую схему:
Давайте посмотрим форму сигнала напряжения на катушке индуктивности:
При коммутации напряжения в 1В, при выключении ключа видим ярко выраженный отрицательный выброс амплитудой -15В, а при коммутации напряжения величиной 12В, размах выброса может достигать несколько сот вольт. Эти выбросы происходят из-за явления самоиндукции, которое всеми силами старается сохранить уменьшающийся ток в катушке. Поэтому лампа накаливания из примера, описанного выше, скорее всего перегорит.
Важно.
Чем больше индуктивность катушки и чем выше скорость прерывания электрической цепи, тем амплитуда выброса будет больше.
Явление самоиндукции неплохо описывается в Википедии:
При изменении тока в контуре пропорционально меняется и магнитный поток через поверхность (катушку индуктивности), ограниченную этим контуром. Изменение этого магнитного потока, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в этом контуре индуктивной ЭДС. Это явление называется самоиндукцией. Направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при возрастании тока в цепи, ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию (направлена против тока), а при убывании тока — убыванию (сонаправлена с током). Явление самоиндукции проявляется в замедлении процессов исчезновения и установления тока.
Для простоты понимания, если сравнивать с явлениями в механике - при сопоставлении силы электрического тока со скоростью, и электрической индуктивности с массой, ЭДС самоиндукции можно сравнить с силой инерции, вектор которой противоположно направлен вектору, приложенной к телу силы смещения.
Т.е. если тело тяжелое, то при попытке разогнать его, инертность тела (ЭДС самоиндукции) будет мешать набору скорости, а когда тело приобрело какую-то скорость, и мы попытаемся резко остановить это тело, та же инертность (ЭДС самоиндукции), будет мешать резкой остановке этого тела.
Ярким примером использования явления самоиндукции в катушке индуктивности является трамблер в системе зажигания автомобиля. В современных авто уже используется электронное прерывание, но смысл тот же.
Посмотрим, что происходит с напряжением и током на катушке индуктивности при коммутации ключа в вышеописанной схеме:
При замыкании контакта, ток начинает возрастать, но он возрастет не мгновенно, а плавно (зеленый график, передний фронт импульса), так как ЭДС самоиндукции всеми силами будет препятствовать протеканию тока. Ток ограничивается сопротивлением провода катушки + сопротивлением резистора R1 на значении 500mA. Напряжение мгновенно поднимается до 1В и плавно уменьшается до значения 0.55В
При резком размыкании ключа, сопротивление электрической цепи возрастает до бесконечности (в реальности не бесконечность, но все равно, очень большое). ЭДС самоиндукции всеми силами препятствует уменьшению тока в цепи, и соответственно, протекающий ток создаст большой отрицательный всплеск напряжения, амплитудой -15В. Ток в катушке индуктивности становится равным 0 не мгновенно, а уменьшается плавно (на зеленом графике это плохо видно, поэтому растяну по времени задний фронт импульса тока. см. фото ниже).
То есть при размыкании ключа S1 (см. схему выше) мы размыкаем электрическую цепь, но ток, некоторое короткое время, будет продолжать течь. Это приводит к тому, что в момент размыкания контактов, между ними (контактами) будет проскакивать искра.
Благодаря вышеописанным свойствам, катушка индуктивности из "куска железяки, свитого пружинкой" превращается при работе в импульсном режиме в неплохой генератор тока ( "накопитель тока" ). То есть радиоэлектронный компонент, который независимо от сопротивления электрической цепи, стремится поддерживать ток в цепи постоянным - препятствует изменению тока в цепи.
Например, если при протекании в электрической цепи тока будет провал или всплеск этого тока, то индуктивность или компенсирует этот провал за счет ЭДС самоиндукции или "растянет по времени" всплеск тока соответственно.
Для примера, это свойство дросселя широко применяется в понижающих преобразователях напряжения. Если Вы осциллографом смотрели форму сигнала на входе и на выходе дросселя, установленного на выходе Step-Down преобразователя, то могли заметить, что на входе дросселя присутствует импульсное напряжение положительной полярности, а на выходе дросселя можно увидеть постоянное напряжение.
Вывод:
При протекании электрического тока через катушку индуктивности, в катушке индуктивности электрическая энергия накапливается - переходит в энергию магнитного поля. Когда ток в цепи начинает уменьшаться, изменяется и накопленная энергия магнитного поля, в следствии этого изменения, накопленная энергия магнитного поля, преобразуется обратно в электрическую энергию.
2. Повышающий преобразователь.
Повышающий преобразователь, работающий по данной схеме (см. фото ниже), так же называют "обратноходовым" (энергия, запасенная на дросселе отдается в нагрузку, когда ключевой транзистор закрыт). Преобразователь работает в 2-х режимах:
- 1 режим - ключевой транзистор открыт
Когда мосфет VT2 открыт, ток будет идти по указанному красными стрелками контуру. По сути, источник питания Б1 будет работать на дроссель L1, который, в свою очередь, начинает накапливать энергию в сердечнике (преобразует электрическую энергию в энергию магнитного поля).
- 2 режим - ключевой транзистор закрыт
Запасенная в сердечнике дросселя энергия магнитного поля, преобразуется обратно в электрическую энергию. Так как сопротивление в цепи увеличилось при закрытии ключевого мосфета, ЭДС самоиндукции будет стремится поддерживать величину тока, которая была до размыкания ключа. В результате напряжение на дросселе L1 резко подскакивает, суммируется с напряжением источника питания Б1. Это напряжение будет больше напряжения на конденсаторе C1. Благодаря этому, на диоде VD1 (его так же называют "бустерным диодом") между анодом и катодом возникает разность потенциалов и диод открывается. Суммарная энергия источника питания и дросселя проходит через диод VD1 и заряжает накопительный конденсатор C1 и частично запитывает нагрузку (Rнагр).
Напряжение, при котором диод открывается и запасенная энергия на дросселе передается в нагрузку, называется "напряжением обратного хода".
Разность потенциалов между анодом и катодом VD1 становится равной 0 (напряжение на конденсаторе С1 сравнялось с напряжением на Б1 + L1) и диод закрывается. Ключевой транзистор опять открывается и дроссель опять начинает накапливать энергию. В это время нагрузка запитывается от накопительного конденсатора, причем схема повышающего преобразователя рассчитывается таким образом, чтобы в момент закрытия
ключевого транзистора и поступления "новой порции" энергии для заряда конденсатора, сетевой конденсатор не был полностью разряжен. Остаток энергии на накопительном конденсаторе суммируется с "новой порцией" энергии дросселя и источника питания. И так по кругу. На накопительном конденсаторе напряжение плавно возрастает до расчетного значения.
На словах все хорошо, но хотелось бы увидеть работу преобразователя глазами :-). Для этого в Multisim смоделируем упрощенную схему повышающего преобразователя.
Элементы схемы и участки цепи:
- Элементы V1-A1 - упрощенный эквивалент шим контроллера и N-канального мосфета, работающего в ключевом режиме (упрощенный, потому как нет широтно-импульсной модуляции, генерируются импульсы с одинаковым коэффициентом заполнения).
- Ugen - участок цепи, по которому постпроцессор будет строить график напряжения генератора V1 частотой 100 кГц и амплитудой 1В, которое управляет ключом A1.
- Uin - участок цепи для построения графика питающего напряжения.
- UL1 - участок цепи для построения графика суммарного напряжения источника питания и накопленной энергии в дросселе.
- Uout - участок цепи для построения графика напряжения на накопительном конденсаторе.
Запускаем модуляцию и смотрим на осциллографе напряжение на накопительном конденсаторе.
Вертикальные маркеры показывают, что напряжение на конденсаторе первоначально резко увеличилось с 0В до 17В и далее плавно увеличилось с 17В до 31,3В. Выходное напряжение можно регулировать изменяя ширину импульсов генератора V1 (в программе буду менять коэффициент заполнения). Сейчас стоит значение 50%. Увеличим до 80 % и посмотрим на результат:
Напряжение с 17В увеличилось до 37,3В. Разница налицо.
Ну а теперь самое интересное. Смоделируем на постпроцессоре графики напряжений на перечисленных выше участках цепи.
Общим планом:
Ну и поближе:
Я надеюсь, что после описанного мной выше принципа работы преобразователя, по графикам легко будет понять, что происходит на участках цепи нашего повышающего преобразователя. В левом нижнем углу цветовая расшифровка графиков.
3. Общий принцип работы Активного Корректора Коэффициента Мощности (АККМ).
В прошлой статье мы рассмотрели ЭМИ фильтр. Я предлагаю рассматривать устройство и принцип действия блока питания по пути прохождения питающего напряжения и очередности формирования вторичных напряжений, согласно алгоритму, описанному в прошлых статьях. Это позволит Вам, при самостоятельном ремонте конкретного блока питания, исключить из диагностики ненужные действия.
Диодный мост.
После ЭМИ фильтра, переменное напряжение 220В поступает на диодный мост. В бюджетных телевизорах небольшой диагонали, диодный мост может представлять из себя 4 диода, соответствующим образом соединенных. В более дорогих ТВ и телевизорах с большими диагоналями, диодный мост выполнен в виде единого компонента с четырьмя выводами.
Как правило, на диодном мосте выводы подписаны. Так же визуально "плюсовой" вывод на корпусе помечается скосом на корпусе.
Мне встречались мощные блоки питания, в которых стояло несколько диодных мостов, соединенных параллельно для увеличения мощности, и размещенных на радиаторе охлаждения.
Проверить исправность диодного моста довольно просто.
В режиме диодной прозвонки на мультиметре, "минусовым" щупом становимся на "+" моста, а "плюсовым" поочередно становимся на выводы "~". Далее "плюсовым" щупом становимся на "-" моста и "минусовым" поочередно на "~". При исправных встроенных диодах диодного моста, на каждом составном диоде должно быть падение напряжения порядка 0,560-0,690 мВ (может чуть больше), а при неисправных - практически нулевое.
На диодном мосте, переменное напряжение частотой 50 Гц, преобразуется в однополярное пульсирующее напряжение частотой 100Гц.
И далее поступает на сглаживающий конденсатор. В блоках питания без ККМ, сетевой конденсатор (накопительный), от которого запитывается вся нагрузка, так же выполняет сглаживающие функции, а вот в блоках питания с АККМ - используют 2 разных конденсатора. Один, неполярный, как правило, 0,82 мкФ х 500В - этот конденсатор используется для фильтрации высокочастотных помех, расположен сразу за диодным мостом. Второй, электролитический, как правило 82мкФ х 450В, располагается после АККМ и выполняет роль сетевого (накопительного) конденсатора, ну и дополнительно так же выполняет сглаживающие функции.
В прошлой статье я публиковал графики токов и напряжений на упрощенной схеме импульсного источника питания без АККМ. Давайте еще раз на них взглянем:
На обоих графиках я поставил маркеры, благодаря которым хорошо видно, что токопотребление происходит только в момент заряда сетевого (накопительного) конденсатора. Так происходит потому, что вся нагрузка ЖК телевизора запитывается от конденсатора. Такие осциллограммы свойственны всем импульсным блокам питания без корректора коэффициента мощности.
Импульсное потребление тока устройством приводит к тому, что искажается форма питающего сетевого напряжения - срезается верхушка синусоиды.
Для решения этой проблемы используют корректор коэффициента мощности (ККМ).
Корректоры коэффициента мощности делятся на пассивные и активные.
Пассивный корректор коэффициента мощности (PPFC - Passive Power Factor Correction) представляет из себя обычный мощный дроссель, размещенный перед сетевым конденсатором. Если конкретнее - в EMI фильтре, использовались сильноточные дроссели и высоковольтные конденсаторы, которые имели большие габариты и были весьма дорогими. Такой PPFC вполне сносно выполнял свое предназначение - ослабление гармонических составляющих тока. Коэффициент мощности доводился до значений, близких к единице. Эти PPFC раньше довольно успешно использовались в электронных устройствах, но постепенно их вытеснили APFC.
Активный корректор коэффициента мощности (APFC - Active Power Factor Correction) подразумевает использование в своем составе активных компонентов таких как ШИМ контроллеры и мосфеты.
Активными компонентами считаются компоненты, преобразующие электрическую энергию одного вида в электрическую энергию другого вида. Например, постоянное напряжение в прямоугольное импульсное напряжение.
Поэтому, если быть более точным, то в импульсных блоках питания ЖК телевизоров используют активные корректоры коэффициента мощности (APFC - Active Power Factor Correction).
APFC.
APFC - если по простому - представляет из себя повышающий преобразователь. В народе называют "прекондей", так как ставится перед сетевым конденсатором. Его основное назначение - компенсировать пики потребления тока при заряде сетевого конденсатора и растянуть их по времени. При включении APFC, напряжение на конденсаторе поднимается с 310В до 390 - 400В. К достоинствам импульсных блоков питания с APFC можно отнести способность работать при заниженных напряжениях (блок питания будет прекрасно работать как при напряжении 220В, так и при напряжении 110В).
Давайте взглянем на упрощенную блок-схему блока питания без APFC:
На схеме видно, что "плюс" с диодного моста идет напрямую на "+" сетевого (накопительного) конденсатора. Такое подключение верно абсолютно для всех импульсных блоков питания без APFC. Поэтому при ремонте блока питания без схемы, если есть сомнения, присутствует на блоке питания PFC или нет, достаточно прозвонить дорогу от "+" диодного моста до "+" сетевого (накопительного) конденсатора. Если сопротивление близко к "нулевому", значит блок питания без APFC.
Теперь давайте взглянем на упрощенную блок-схему импульсного блока питания с APFC:
Давайте разбираться. Для наглядности, изменения в блок-схеме блока питания выделил красным цветом:
- C1 - конденсатор для фильтрации высокочастотных помех. Так же его пульсирующее напряжение, АККМ использует для своей работы.
- VD1 - VD2 - "обходные диоды" (может стоять один мощный диод). Через них питание поступает на "дежурную часть" блока питания, для формирования дежурного напряжения, пока не запущен APFC. APFC в "Дежурном режиме" телевизора находится в режиме ожидания команды на включение - "POWER ON", и включается в работу, только при переходе блока питания в "Рабочий режим".
- R1-R2 - делитель, через него поступает уменьшенный по амплитуде входной сигнал. Одним из главных условий корректной работы APFC является отслеживание мгновенного значения фазы и величины входного питающего напряжения (форма входного сетевого напряжения).
- APFC - ну, собственно, наш корректор коэффициента мощности, который представляет из себя повышающий преобразователь, PFC контроллер которого имеет некоторые особенности.
"Мозгом" APFC является контроллер APFC. Задача контроллера APFC с соответствующими элементами, сформировать входной ток, повторяющий форму входного напряжения, что позволяет достичь значения коэффициента мощности 0.9 и выше.
Тема довольно сложная, поэтому, для простоты понимания, предлагаю сначала рассмотреть работу АККМ на упрощенной схеме, а потом к "базовым функциям" добавим дополнительные, необходимые для работы АККМ функции.
Давайте разберем основной принцип работы APFC, для этого взглянем на упрощенную его схему:
Для корректной работы, контроллеру APFC необходимо выполнения двух основных условий:
- привязка к форме входного сигнала
- отслеживание токопотребления нагрузкой
Работа APFC контроллера.
- При поступлении на контроллер сигнала "Power On", контроллер формирует управляющий импульс, поступающий через резистор R3 на затвор ключевого мосфета VT1. Мосфет открывается, и дроссель L1 начинает накапливать энергию.
- Ток на дросселе начинает возрастать. С датчика тока R5дт, текущее значение напряжения Uдт поступает на контроллер, где сравнивается со мгновенным значением уменьшенного по амплитуде входным напряжением сигнала Uсиг.
- В момент, когда мгновенное значение напряжения с датчика тока U дт становится равным мгновенному значению напряжения входного сигнала U сиг, контроллер закрывает ключевой мосфет VT1, и накопленная энергия, через бустерный диод VD3, заряжает сетевой конденсатор C1.
- Когда дроссель L1, отдаст в нагрузку накопленную энергию, мгновенное значение напряжения Uдт будет равно некоторому нулевому уровню, и контроллер откроет ключевой мосфет VT1 и дроссель снова начинает накапливать энергию (см. рис.).
где на графике:
- Uсиг - уменьшенное по амплитуде входное напряжение,
- IL1 - ток, накопленный на дросселе за время открытия ключевого мосфета (передний фронт "пилы"), и плавно отданный в нагрузку (задний фронт "пилы")
- U gate - управляющие импульсы затвором ключевого мосфета, поступающие с контроллера APFC.
Я описал общий принцип работы контроллера APFC, который конструктивно может работать без использования вывода Zero Current Detect Input, на который подключается дополнительная ZCD обмотка дросселя (обмотка нулевого тока). Довольно часто, при ремонте APFC, можно встретить контроллеры, конструкция которых подразумевает использование Zero Current Detector (обмотки нулевого тока). На схеме это будет выглядеть так:
Отличие данного схемотехнического решения от описанного выше заключается в методе определения момента открытия ключевого мосфета.
В схеме без дополнительной обмотки ZCD, сигнал с датчика тока R5дт используется как для определения момента, когда нужно открыть ключевой мосфет, так и для определения момента, когда нужно закрыть ключевой мосфет.
В схеме с дополнительной обмоткой ZCD, сигнал с датчика тока R5дт используется для определения момента, когда нужно закрыть ключевой мосфет, а момент открытия ключевого мосфета, определяется с помощью обмотки ZCD.
Как? Сейчас рассмотрим.
Рассмотренные выше упрощенные схемы позволяют понять саму суть работы АККМ, но в рассмотренном варианте, такие схемы не будут полностью работоспособны, так как нет стабилизации через отрицательную обратную связь выходного напряжения.
Ниже рассмотрим более подробную блок-схему, лишенную этого недостатка:
Перед рассмотрением принципа работы данной блок-схемы, хочу затронуть вопрос, касающийся работы ZCD обмотки.
Вспомогательная ZCD обмотка, намотана в противофазе с основной обмоткой. Когда ключевой мосфет открыт, через основную обмотку дросселя L1 будет протекать ток. На дополнительной обмотке ZCD будет индуцироваться отрицательное напряжение Uднт из-за противоположного направления намотки витков. Поэтому на вывод (ZCD) контроллера, с Датчика Нулевого Тока Rднт будет поступать отрицательное напряжение Uднт, в виде отрицательного импульса (ширина отрицательного импульса будет прямо пропорциональна времени накопления дросселем энергии). Внутренняя схема контроллера компенсирует отрицательный импульс, и удерживает его на уровне +0.65В.
Ключевой мосфет закрывается, дроссель L1 начинает отдавать накопленную энергию в нагрузку. Ток начинает уменьшаться, и на вспомогательной обмотке ZCD будет индуцироваться положительное напряжение Uднт, которое поступает через Датчик Нулевого Тока Rднт на вывод ZCD контроллера в виде положительного прямоугольного импульса Uднт, амплитудой 6.2В. Причем ток на дросселе L1 уменьшается не мгновенно, а плавно, поэтому ширина положительного прямоугольного импульса будет прямо пропорциональна времени разряда дросселя L1. Внутренняя схема контроллера отслеживает изменение напряжения на ZCD выводе. Когда напряжение превышает уровень в 1.5В и после этого опускается ниже 1.4В, контроллер расценивает это как разряд дросселя L1 до нулевого значения и ключевой мосфет открывается.
Фу-у-ух, вроде все неясности обговорены, и можно приступать к рассмотрению подробной блок-схемы APFC контроллера.
Напомню схему (ссылка на файл):
Принцип работы следующий:
При подаче питания, контроллер выдает положительный управляющий импульс Uупр на затвор ключевого мосфета. Мосфет открывается и дроссель L1 начинает накапливать в сердечнике электромагнитную энергию.
Накапливает он эту энергию до тех пор, пока на вывод (R) триггера не поступит с Усилителя Рассогласования УР2 сигнал определенного уровня, на основании которого триггер закроет ключевой мосфет VT1.
Этот сигнал формируется следующим образом:
- на первый вход Умножителя Напряжения УН1 поступает уменьшенное по амплитуде входное напряжение Uсиг.
- Уменьшенное по амплитуде с помощью резистивного делителя выходное напряжение Uвых (Отрицательная Обратная Связь для стабилизации по напряжению) сравнивается с внутренним опорным напряжением Vref на Усилителе Рассогласования УР1 (компаратор), и результирующее напряжение (поправка для стабилизации напряжения) с УР1 поступает на второй вход Умножителя Напряжения УН1.
- В Умножителе Напряжения УН1 эти сигналы суммируются, и результирующее напряжение поступает на вход "-" Усилителя Рассогласования УР2.
- На второй вход "+" Усилителя Рассогласования УР2 поступает сигнал Uдт с датчика тока R5дт. На Усилителе Рассогласования УР2 напряжение Uдт сравнивается с результирующим сигналом Умножителя Напряжения УН1. Когда эти напряжения будут равны, с Усилителя Рассогласования УР2 поступит на вход (R) триггера сигнал, на основании которого Триггер закроет ключевой мосфет VT1.
В момент времени, когда напряжение Uдт будет равно результирующему сигналу с УН1, ключевой мосфет закрывается, и дроссель L1 через "бустерный диод" VD3 заряжает сетевой конденсатор С1.
В момент времени, когда напряжение Uднт превысит уровень +1.5В и упадет ниже напряжения +1.4В (ток дросселя L1 равен нулевому значению), контроллер откроет ключевой мосфет. И так по кругу.
Вот, в принципе и весь принцип работы Активного Корректора Коэффициента Мощности.
Остается только добавить к написанному, что такой режим работы контроллера APFC называется "режимом прерывистой проводимости" (Discontinuous Conduction Mode). Почему "прерывистой проводимости"? Потому, что в этом режиме ток на дросселе, в процессе работы падает до нулевого значения. Так же стоит добавить, что контроллер управляется методом управления по току.
Так же необходимо знать следующее:
1. Существует несколько методов активной коррекции коэффициента мощности:
- Continuous Conduction Mode (CCM) - режим непрерывной проводимости
- Discontinuous Conduction Mode (DCM) - режим прерывистой проводимости
- Critical Conduction Mode (CrM) - режим критической проводимости. Он так же может называться Boundary mode (BM) или Transition mode (TM)
2. Контроллеры Корректора Коэффициента Мощности, работающие в Режиме Критической Проводимости (CRM), могут иметь управление по току или управление по напряжению. Главное отличие контроллеров с управлением по напряжению от контроллеров с управлением по току заключается в способе определения момента выключения ключевых мосфетов.
Ниже в статье я буду рассматривать контроллер APFC, который работает в режиме критической проводимости с управлением по напряжению и с использованием дополнительной обмотки дросселя ZCD.
4. Принцип работы APFC в блоке питания EAX64744201(v 1.3) ЖК ТВ LG 42LM660S
Давайте теперь рассмотрим работу APFC на примере реального блока питания ЖК ТВ семейства LG.
Для того, чтобы сориентироваться, давайте взглянем общим планом на расположение APFC на схеме (его я выделил цветом) (ссылка на файл фото):
Как видим, он визуально даже выглядит отдельным модулем на схеме.
Теперь я этот модуль разобью на уже знакомые нам части блок-схемы повышающего преобразователя (ссылка на файл фото):
Ну а теперь, никаких блок-схем, все по-взрослому :-). Качаем файл со схемой, и начинаем разбираться.
APFC контроллер FAN7930B.
Давайте взглянем на схему. Контроллером APFC является микросхема FAN7930B, под позиционным номером IC601. Как раз на его Datasheet-е мы разбирали работу ZСD обмотки.
Перевод:
Если посмотреть на схему, мы не увидим после диодного моста резистивный делитель напряжения, с которого на наших блок-схемах мы снимали уменьшенный по амплитуде входной сигнал Uсиг.
Все дело в том, что в данном схемотехническом решении, контроллер APFC FAN7930B работает в Режиме Критической Проводимости и управляется по напряжению.
Когда контроллер управляется по напряжению, ему не нужна привязка к форме входного сигнала Uсиг. Вместо этого сигнала используется напряжение с внутреннего генератора пилообразного напряжения. Вот как раз напряжение с этого генератора и используется вместо сигнала Uсиг.
Я писал, что теперь у нас все по-взрослому, никаких блок схем - наврал :-). Для объяснение работы мне прийдется все-таки одну воткнуть.
Если я правильно понял источник, из которого черпал информацию, есть еще некоторые нюансы при управлении контроллером по напряжению, а именно:
- напряжение с датчика тока Uдт ключевого мосфета VT1 используется только для выполнения защитных функций ключевого мосфета VT1 по току, а так же для защиты от насыщения дросселя L1. Перегружать схему не стал и просто показал, что Uдт приходит на вывод CS контроллера.
- для определения момента закрытия ключа, вместо напряжения Uдт с датчика тока R5дт, используется сигнал Uвых (а если точнее, усиленная Усилителем Рассогласования УР1 (компаратором) поправка для стабилизации по напряжению - сигнал Uвых сравненный с Vref.
Запуск APFC.
Мы уже знаем, что APFC начинает работать только в рабочем режиме ЖК ТВ. В дежурном режиме напряжение питания на контроллер APFC не поступает. Статья и так огромная получилась, поэтому процесс формирования питающего напряжения для APFC я опишу в другой статье.
Момент времени, когда APFC контроллер не запущен.
С диодного моста, ток начинает протекать через основную обмотку накопительного дросселя L601, обходные диоды D601 и D602 и заряжает сетевой конденсатор C610 до амплитудного значения 310В. Так как ключевые мосфеты Q601, Q602 N-канальные, то они закрыты, так как для открытия перехода Drain-Source, на Gate необходимо подать положительное напряжение. Напряжением с сетевого конденсатора в этот момент запитывается ШИМ "Дежурного напряжения", и на блоке питания появляется "Дежурное напряжение".
На контроллер подается питание.
Запитывается контроллер напряжением от внешнего источника питания, которое приходит на 8 вывод (VCC) микросхемы. При поступлении питания, с вывода 7 (Out) контроллер выдает положительный управляющий импульс, проходящий через R608, R612 => D604, D605 => R610, R611 на Затворы (Gate) ключевых мосфетов Q601 и Q602, работающих в параллели (см. рис.):
Ключевые мосфеты Q601, Q602 открываются и через основную обмотку накопительного дросселя L601 начинает протекать ток (дроссель начинает накапливать энергию в сердечнике).
Уменьшенный по амплитуде резистивным делителем выходной сигнал, поступает на вывод INV контроллера. Внутри контроллера, этот сигнал сравнивается с сигналом внутреннего опорного генератора на операционном усилителе, и результирующий сигнал с операционного усилителя сравнивается с мгновенным значением сигнала внутреннего генератора пилообразного напряжения. Если сигналы равны, контроллер закрывает ключевые мосфеты Q601-Q602.
Ключевые мосфеты закрываются интересным способом. Не просто подачей на Gate низкого логического уровня (0В), а притягиванием вывода Gate к "земле" через переход эмиттер-коллектор транзисторов Q603, Q604.
Между выводами GATE и SOURCE мосфетов Q601, Q602 располагаются P-N-P транзисторы Q603, Q604, которые работают в ключевом режиме. Для открытия перехода "эмиттер - коллектор" в P-N-P транзисторах, необходимо, чтобы на базе присутствовал низкий логический уровень напряжения (0В) (см. рис.):
После закрытия ключевых мосфетов, дроссель L601 начинает отдавать в нагрузку накопленную энергию. Напомню написанное ранее. На вспомогательной ZCD обмотке дросселя L601, индуцируемое отрицательное напряжение меняет полярность, и на контроллере, на 5 выводе (ZCD), появляется положительный импульс. Контроллер отслеживает изменение уровня этого напряжения, и когда уровень напряжения с 0.65В увеличивается выше 1.5В и потом падает ниже 1.4В - контроллер открывает ключевые мосфеты Q601, Q602. Дроссель L601 опять начинает накапливать энергию. И так по кругу.
Ну вот, в принципе на сегодня и все, чем хотел я с Вами, Дорогие друзья поделиться. Я очень надеюсь, что написанная мною статья окажется для начинающих телемастеров полезна и была интересной, по крайней мере я очень старался, чтоб это было так :-).
Прошу Уважаемых коллег, если заметили ошибки или неточности, напишите пожалуйста в комментариях. Я обязательно их исправлю.
На этом я с Вами, Дорогие друзья, прощаюсь до следующей публикации. Всем жму руку.
Ну и как обычно...
Так же рекомендую мою программу Teleservice. Она абсолютно бесплатна, будет полезна как радиолюбителям, так и самозанятым телемастерам.
Если информация была полезна, поддержите пожалуйста Лайком, ну и Подписывайтесь, буду стараться выкладывать только полезную информацию.
