ЛАБОРАТОРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ ИЗ КОМПЬЮТЕРНОГО ATX
С каждым годом, становится всё труднее достать хороший трансформатор для блока питания. Чтоб и напряжения были какие требуются, и ток. Вот недавно нужно было собрать адаптер для одного девайса, так оказывается цены на обычные трансформаторы, в радиомагазинах, находятся в пределах 5-15 уе! Поэтому, когда потребовалось сделать хороший лабораторный блок питания, с регулировками напряжения и тока защиты, выбор пал на компьютерный в качестве основы конструкции. Тем более, что его цена сейчас не намного больше цены обычного трансформатора.
Для наших целей подойдёт абсолютно любой компьютерный БП. Хоть на 250 ватт, хоть на 500. Того тока, что он обеспечит, хватит для радиолюбительского БП с головой.
Переделка минимальна, и доступна для повторения даже начинающим радиолюбителям. Главное только помнить, что импульсный компьютерный БП ATX имеет на плате много элементов, которые находятся под напряжением сети 220 В, поэтому будьте предельно аккуратны при испытаниях и настройке! Изменений коснулась в основном выходная часть БП ATX.
Для удобства эксплуатации, этот лабораторный блок питания можно снабдить тока и напряжения. Выполнить это можно или на микроконтроллере, или на специализированной микросхеме.
Все основные и дополнительные детали блока питания монтируются внутри корпуса БП ATX. Места там хватает и для них, и для цифрового вольтамперметра, и для всех необходимых гнёзд и регуляторов.
Последнее преимущество так-же очень актуально, ведь корпуса часто являются большой проблемой. Лично у меня в ящике стола лежит немало девайсов, которые так и не обзавелись собственной коробкой.
Корпус получившегося блока питания можно обклеить декоративной чёрной самоклеющейся плёнкой или просто покрасить. Переднюю панель со всеми надписями и обозначениями делаем в фотошопе, печатаем на фотобумаге и наклеиваем на корпус.
Введение.
Скопилось у меня много компьютерных БП, отремонтированных в качестве тренировки этого процесса, но для современных компьютеров уже слабоватых. Что с ними делать?
Решил несколько переделать в ЗУ для зарядки 12В автомобильных аккумуляторов.
Вариант 1.
Итак: начали.
Первым мне подвернулся под руку Linkworld LPT2-20. У этого зверька оказался ШИМ на м/с Linkworld LPG-899. Посмотрел даташит, схему БП и понял – элементарно!
Что оказалось просто шикарно – она питается от 5VSB, т.е наши переделки никак не повлияют на режим её работы. Ноги 1,2,3 используются для контроля выходных напряжений 3,3В, 5В и 12В соответственно в пределах допустимых отклонений. 4-я нога тоже является входом защиты и используется для защиты от отклонений -5В, -12В. Нам все эти защиты не просто не нужны, а даже мешают. Поэтому их надо отключить.
По пунктам:
Стадия разрушения на этом окончена, пора переходить к созиданию.
По большому счету ЗУ у нас уже готово, но в нем нет ограничения зарядного тока (хотя защита от КЗ работает). Для того чтобы ЗУ не давало на аккумулятор столько «сколько влезет» – добавляем цепь на VT1, R5, C1, R8, R9, R10. Как она работает? Очень просто. Пока падение напряжения на R8 подаваемое на базу VT1 через делитель R9, R10 не превышает порог открывания транзистора – он закрыт и не влияет на работу устройства. А вот когда он начинает открываться, то к делителю на R4, R6, R12 добавляется ветка из R5 и транзистора VT1, меняя тем самым его параметры. Это приводит к падению напряжения на выходе устройства и, как следствие, к падению зарядного тока. При указанных номиналах, ограничение начинает работать примерно с 5А, плавно понижая выходное напряжение с ростом тока нагрузки. Настоятельно рекомендую эту цепь не выбрасывать из схемы, иначе, при сильно разряженном аккумуляторе ток может быть настолько большим, что сработает штатная защита, или вылетят силовые транзисторы, или шоттки. И зарядить свой аккумулятор вы не сможете, хотя сообразительные автолюбители догадаются на первом этапе включить автомобильную лампу между ЗУ и аккумулятором чтобы ограничить зарядный ток.
VT2, R11, R7 и HL1 занимается «интуитивной» индикацией тока заряда. Чем ярче горит HL1 – тем больше ток. Можно не собирать, если нет желания. Транзистор VT2 – должен быть обязательно германиевый, потому что падение напряжения на переходе Б-Э у него значительно меньше, чем у кремниевого. А значит, и открываться он будет раньше чем VT1.
Цепь из F1 и VD1, VD2 обеспечивает простейшую защиту от переполюсовки. Очень рекомендую сделать её или собрать другую на реле или чём-нибудь ещё. Вариантов в сети можно найти много.
А теперь о том, зачем нужно оставить канал 5В. Для вентилятора 14,4В многовато, особенно с учетом того что при такой нагрузке БП не греется вообще, ну кроме сборки выпрямителя, она немного греется. Поэтому, мы подключаем его к бывшему каналу 5В (сейчас там - около 6В), и он тихо и нешумно выполняет свою работу. Естественно, с питанием вентилятора есть варианты: стабилизатор, резистор и т.п. В дальнейшем некоторые из них мы увидим.
Всю схему я свободно смонтировал на освобожденном от ненужных деталей месте, не делая никаких плат, с минимумом дополнительных соединений. Выглядело это всё после сборки так:
В итоге, что мы имеем?
Получилось ЗУ с ограничением максимального зарядного тока (достигается уменьшением подаваемого на аккумулятор напряжения при превышении порога в 5А) и стабилизированным максимальным напряжением на уровне 14,4В, что соответствует напряжению в бортовой сети автомобиля. Поэтому, его можно смело использовать, не отключая аккумулятор от бортовой электроники. Это зарядное устройство можно смело оставлять без присмотра на ночь, батарея никогда не перегреется. К тому же оно почти бесшумное и очень лёгкое.
Если вам максимального тока в 5-7А маловато (ваш аккумулятор бывает часто сильно разряжен), можно легко увеличить его до 7-10А, заменив резистор R8 на 0,1Ом 5Вт. Во втором БП с более мощной сборкой по 12В именно так я и сделал:
Вариант 2.
Следующим подопытным у нас будет БП Sparkman SM-250W реализованный на широко известном и горячо любимом ШИМ TL494 (КА7500).
Переделка такого БП ещё проще, чем на LPG-899, так как в ШИМ TL494 нет никаких встроенных защит по напряжениям каналов, зато есть второй компаратор ошибки, который зачастую свободен (как и в данном случае). Схема оказалась практически один к одному со схемой PowerMaster. Её я и взял за основу:
План действий:
Это был, пожалуй, самый экономичный вариант. Выпаянных деталей у вас останется гораздо больше чем затраченных J. Особенно если учесть что сборка SBL1040CT была извлечена из канала 5В, а туда были впаяны диоды, в свою очередь добытые, с канала -5В. Все затраты состояли из крокодилов, светодиода и предохранителя. Ну, можно ещё ножки приделать для красоты и удобства.
Вот плата в полном сборе:
Если вас пугают манипуляции с 15 и 16-й ногами ШИМ, подбор шунта с сопротивлением в 0,005Ом, устранение возможных сверчков, можно переделать БП на TL494 и несколько другим способом.
Вариант 3.
Итак: наша следующая «жертва» - БП Sparkman SM-300W. Схема абсолютно аналогична варианту 2, но имеет на борту более мощную выпрямительную сборку по 12В каналу, более солидные радиаторы. Значит - с него мы возьмем больше, например 10А.
Этот вариант однозначен для тех схем, где ноги 15 и 16 ШИМ уже задействованы и вы не хотите разбираться – зачем и как это можно переделать. И вполне пригоден для остальных случаев.
Повторим в точности пункты 1 и 2 из второго варианта.
Канал 5В, в данном случае, я демонтировал полностью.
Чтобы не пугать вентилятор напряжением в 14,4В - собран узел на VT2, R9, VD3, HL1. Он не позволяет превышать напряжение на вентиляторе более чем 12-13В. Ток через VT2 небольшой, нагрев транзистора тоже, можно обойтись без радиатора.
С принципом действия защиты от переполюсовки и схемы ограничителя зарядного тока и вы уже знакомы, но вот место его подключения здесь - иное.
Управляющий сигнал с VT1 через R4 заведен на 4-ю ногу KA7500B (аналог TL494). На схеме не отображено, но там должен был остаться от оригинальной схемы резистор в 10кОм с 4-й ноги на землю, его трогать не надо .
Действует это ограничение так. При небольших токах нагрузки транзистор VT1 закрыт и на работу схемы никак не влияет. На 4-й ноге напряжение отсутствует, так как она посажена на землю через резистор. А вот когда ток нагрузки растет, падение напряжения на R6 и R7 соответственно тоже растет, транзистор VT1 начинает открываться и совместно с R4 и резистором на землю они образуют делитель напряжения. Напряжение на 4-й ноге возрастает, а так как потенциал на этой ноге, согласно описанию TL494, непосредственно влияет на максимальное время открытия силовых транзисторов, то ток в нагрузке уже не растет. При указанных номиналах порог ограничения составил 9,5-10А. Основное отличие от ограничения в варианте 1, несмотря на внешнюю похожесть, резкая характеристика ограничения, т.е. при достижении порога срабатывания, напряжение на выходе спадает быстро.
Вот этот вариант в готовом виде:
Кстати, эти зарядки можно использовать и в качестве источника питания для автомагнитолы, переноски на 12В и других автомобильных устройств. Напряжение стабилизировано, максимальный ток ограничен, спалить что-нибудь будет не так то просто.
Вот готовая продукция:
Переделка БП под зарядное по такой методике – дело одного вечера, но для себя любимого времени не жалко?
Тогда позвольте представить:
Вариант 4.
За основу взято БП Linkworld LW2-300W на ШИМ WT7514L (аналог уже знакомой нам по первому варианту LPG-899).
Ну что ж: демонтаж ненужных нам элементов осуществляем согласно варианту 1, с той лишь разницей, что канал 5В тоже демонтируем – он нам не пригодится.
Здесь схема будет более сложной, вариант с монтажом без изготовления печатной платы в данном случае – не вариант. Хотя и полностью от него мы отказываться не будем. Вот приготовленная частично плата управления и сама жертва эксперимента ещё не отремонтированная:
А вот она уже после ремонта и демонтажа лишних элементов, а на втором фото с новыми элементами и на третьем её обратная сторона с уже проклеенными прокладками изоляции платы от корпуса.
То, что обведено на схеме рис.6 зеленой линией – собрано на отдельной плате, остальное было собрано на освободившемся от лишних деталей месте.
Для начала попробую рассказать: чем это зарядное отличается от предыдущих устройств, а уж потом расскажу какие детали, за что отвечают.
- Включение зарядного происходит только при подключении к нему источника ЭДС (в данном случае аккумулятора), вилка при этом должна быть включена в сеть заблаговременно J.
- Если по каким-либо причинам напряжение на выходе превысит 17В или окажется менее 9В – ЗУ отключается.
- Максимальный ток заряда регулируется переменным резистором от 4 до 12А, что соответствует рекомендуемым токам заряда аккумуляторов от 35А/ч до 110А/ч.
- Напряжение заряда регулируется автоматически 14,6/13,9В, либо 15,2/13,9В в зависимости от выбранного пользователем режима.
- Напряжение питания вентилятора регулируется автоматически в зависимости от тока заряда в диапазоне 6-12В.
- При КЗ или переполюсовке срабатывает электронный самовосстанавливающийся предохранитель на 24А, схема которого, с незначительными изменениями, была заимствована из разработки почетного кота победителя конкурса 2010г Simurga. Скорость в микросекундах не мерил (нечем), но штатная защита БП дернуться не успевает – он гораздо быстрее, т.е. БП продолжает работать как ни в чём не бывало, только вспыхивает красный светодиод срабатывания предохранителя. Искр, при замыкании щупов практически не видно, даже при переполюсовке. Так что очень рекомендую, на мой взгляд эта защита лучшая, по крайней мере из тех что я видел (хотя и немного капризная на ложные срабатывания в частности, возможно придётся посидеть с подбором номиналов резисторов).
Теперь, кто за что отвечает:
- R1, C1, VD1 – источник опорного напряжения для компараторов 1, 2 и 3.
- R3, VT1 – цепь автозапуска БП при подключении аккумулятора.
- R2, R4, R5, R6, R7 – делитель опорных уровней для компараторов.
- R10, R9, R15 – цепь делителя защиты от перенапряжения на выходе о которой я упоминал.
- VT2 и VT4 с окружающими элементами – электронный предохранитель и токовый датчик.
- Компаратор OP4 и VT3 с резисторами обвязки – регулятор оборотов вентилятора, информация о токе в нагрузке, как видите, поступает от токового датчика R25, R26.
- И наконец, самое важное - компараторы с 1-го по 3-й обеспечивают автоматическое управление процессом заряда. Если аккумулятор достаточно сильно разряжен и хорошо «кушает» ток, ЗУ ведет заряд в режиме ограничения максимального тока установленного резистором R2 и равном 0,1С (за это отвечает компаратор ОР1). При этом, по мере заряда аккумулятора, напряжение на выходе зарядного будет расти и при достижении порога 14,6 (15,2), ток начнет уменьшаться. Вступает в работу компаратор ОР2. Когда ток заряда упадет до 0,02-0,03С (где С емкость аккумулятора а А/ч), ЗУ перейдет на режим дозаряда напряжением 13,9В. Компаратор OP3 используется исключительно для индикации, и никакого влияния на работу схемы регулировки не оказывает. Резистор R2 не просто меняет порог максимального тока заряда, но и меняет все уровни контроля режима заряда. На самом деле, с его помощью выбирается емкость заряжаемого аккумулятора от 35А/ч до 110А/ч, а ограничение тока это «побочный» эффект. Минимальное время заряда будет при правильном его положении, для 55А/ч примерно посередине. Вы спросите: «почему?», да потому что если, к примеру, при зарядке 55А/ч аккумулятора поставить регулятор в положение 110А/ч – это вызовет слишком ранний переход к стадии дозаряда пониженным напряжением. При токе 2-3А, вместо 1-1,5А, как задумывалось разработчиком, т.е. мной. А при выставлении 35А/ч будет мал начальный ток заряда, всего 3,5А вместо положенных 5,5-6А. Так что если вы не планируете постоянно ходить смотреть и крутить ручку регулировки, то выставляйте как положено, так будет не только правильнее, но и быстрее.
- Выключатель SA1 в замкнутом состоянии переводит ЗУ в режим «Турбо/Зима». Напряжение второй стадии заряда повышается до 15,2В, третья остается без существенных изменений. Рекомендуется для заряда при минусовых температурах аккумулятора, плохом его состоянии или при недостатке времени для стандартной процедуры заряда, частое использование летом при исправном аккумуляторе не рекомендуется, потому что может отрицательно сказаться на сроке его службы.
- Светодиоды, помогают ориентироваться, на какой стадии находится процесс заряда. HL1 – загорается при достижении максимально допустимого тока заряда. HL2 – основной режим заряда. HL3 – переход в режим дозаряда. HL4 – показывает что заряд фактически окончен и аккумулятор потребляет менее 0,01С (на старых или не очень качественных аккумуляторах до этого момента может и не дойти, поэтому ждать очень долго не стоит). Фактически аккумулятор уже хорошо заряжен после зажигания HL3. HL5 – загорается при срабатывании электронного предохранителя. Чтобы вернуть предохранитель в исходное состояние, достаточно кратковременно отключить нагрузку на щупах.
Что касается наладки. Не подключая плату управления или не запаивая в неё резистор R16 подбором R17 добиться напряжения 14,55-14,65В на выходе. Затем подобрать R16 таким, чтобы в режиме дозаряда (без нагрузки) напряжение падало до 13,8-13,9В.
Вот фото устройства в собранном виде без корпуса и в корпусе:
Вот собственно и всё. Зарядка была испытана на разных аккумуляторах, адекватно заряжает и автомобильный, и от UPS (хотя все мои зарядки заряжают любые на 12В нормально, потому что напряжение стабилизировано J). Но это побыстрее и ничего не боится, ни КЗ, ни переполюсовки. Правда, в отличие от предыдущих, в качестве БП использовать не получится (очень оно стремится управлять процессом и не хочет включаться при отсутствии напряжения на входе). Зато, его можно использовать в качестве зарядного для аккумуляторов резервного питания, вообще не отключая никогда. Заряжать будет в зависимости от степени разряда автоматически, а из-за малого напряжения в режиме дозаряда существенного вреда аккумулятору не принесет даже при постоянном включении. При работе, когда аккумулятор уже почти заряжен, возможен переход зарядного в импульсный режим заряда. Т.е. ток зарядки колеблется от 0 до 2А с интервалом от 1 до 6 секунд. Сначала, хотел было устранить это явление, но, почитав литературу – понял, что это даже хорошо. Электролит лучше перемешивается, и даже иногда способствует восстановлению потерянной емкости. Поэтому решил оставить так как есть.
Вариант 5.
Ну вот, попалось что-то новенькое. На этот раз LPK2-30 с ШИМ на SG6105. Такого «зверя» мне для переделки раньше мне ещё не попадалось. Но я вспомнил многочисленные вопросы на форуме и жалобы пользователей на проблемы по переделке блоков на этой м/с. И принял решение, хоть зарядка мне больше и не нужна, нужно победить эту м/с из спортивного интереса и на радость людям. А заодно и опробовать на практике, возникшую в моей голове идею оригинального способа индикации режима заряда.
Вот он, собственной персоной:
Начал, как обычно, с изучения описания. Обнаружил, что она похожа на LPG-899, но есть и некоторые отличия. Наличие 2-х встроенных TL431 на борту, вещь конечно интересная, но… для нас - несущественная. А вот отличия в цепи контроля напряжения 12В, и появление входа для контроля отрицательных напряжений, несколько усложняет нашу задачу, но в разумных пределах.
В результате раздумий и непродолжительных плясок с бубном (куда уж без них) возник вот такой проект:
Вот фото этого блока уже переделанного на один канал 14,4В, пока без платы индикации и управления. На втором его обратная сторона:
А это внутренности блока в сборе и внешний вид:
Обратите внимание, что основная плата была развернута на 180 градусов, от своего первоначального расположения, для того чтобы радиаторы не мешали монтажу элементов передней панели.
В целом это немного упрощённый вариант 4. Разница заключается в следующем:
- В качестве источника для формирования «обманных» напряжений на входах контроля было взято 15В с питания транзисторов раскачки. Оно в комплекте с R2-R4 делает всё необходимое. И R26 для входа контроля отрицательных напряжений.
- Источником опорного напряжения для уровней компаратора было взято напряжение дежурки, оно же питание SG6105. Ибо, большая точность, в данном случае, нам не нужна.
- Регулировка оборотов вентилятора тоже была упрощена.
А вот индикация была немного модернизирована (для разнообразия и оригинальности). Решил сделать по принципу мобильного телефона: банка наполняющаяся содержимым. Для этого я взял двухсегментный светодиодный индикатор с общим анодом (схеме верить не надо – не нашёл в библиотеке подходящего элемента, а рисовать было лень L), и подключил как показано на схеме. Получилось немного не так как задумывал, вместо того чтобы средние полоски «g» при режиме ограничения тока заряда гасли, вышло, что они - мерцают. В остальном - всё нормально.
Индикация выглядит так:
На первом фото режим заряда стабильным напряжением 14,7В, на втором – блок в режиме ограничения тока. Когда ток станет достаточно низким, у индикатора загорятся верхние сегменты, и напряжение на выходе зарядного упадёт до 13,9В. Это можно увидеть на фото приведённом немного выше.
Так как напряжение на последней стадии всего 13,9В можно спокойно дозаряжать аккумулятор сколь угодно долго, вреда ему это не принесёт, потому что генератор автомобиля обычно даёт большее напряжение.
Естественно, в этом варианте можно использовать и плату управления из варианта 4. Обвязку GS6105 только нужно сделать так, как здесь.
Да, чуть не забыл. Резистор R30 устанавливать именно так - совсем не обязательно. Просто, у меня никак не выходило подобрать номинал впараллель к R5 или R22 чтобы получить на выходе нужное напряжение. Вот и вывернулся таким… нетрадиционным образом. Можно просто подобрать номиналы R5 или R22, как я делал в других вариантах.
Заключение.
Как видите, при правильном подходе, почти любой БП АТХ можно переделать в то, что вам нужно. Если будут новые модели БП и нужда в зарядках, то возможно будет и продолжение.
Кота от всего сердца поздравляю с юбиелеем! В его честь, кроме статьи, ещё был заведён новый жилец - очаровательная серая киска Маркиза.
Схемотехника этих блоков питания примерно одинакова
практически у всех производителей. Небольшое отличие касается лишь БП AT и ATX.
Главное различие между ними заключается в том, что БП в AT не поддерживает
программно стандарт расширенного управления питанием. Отключить данный БП
можно, лишь прекратив подачу напряжение на его вход, а в блоках питания формата
ATX есть возможность программного отключения сигналом управления с материнской
платы. Как правило плата ATX имеет большие размеры чем AT и вытянута по
вертикали.
В любом компьютерном
БП, напряжение +12 В предназначено для
питания двигателей дисковых накопителей. Источник питания по этой цепи
должен
обеспечивать большой выходной ток, особенно в компьютерах с множеством
отсеков
для дисководов. Это напряжение также подается на вентиляторы. Они
потребляют
ток до 0.3А, но в новых компьютерах это значение ниже 0.1А. Питание +5
вольт подаётся на все узлы компьютера, поэтому имеет очень большую
мощность и ток, до 20А, а напряжение +3.3 вольта предназначено
исключительно для запитки процессора. Зная что современные многоядерные
процессоры имеют мощность до 150 ватт, нетрудно подсчитать ток этой
цепи: 100ватт/3.3вольт=30А! Отрицательные напряжения -5 и -12В раз в
десять слабее основных плюсовых, поэтому там стоят простые 2-х амперные
диоды без радиаторов.
В задачи БП входит и приостановка функционирования системы до тех пор, пока величина входного напряжения не достигнет значения, достаточного для нормальной работы. В каждом блоке питания перед получением разрешения на запуск системы выполняется внутренняя проверка и тестирование выходного напряжения. После этого на системную плату посылается специальный сигнал Power Good. Если этот сигнал не поступил, компьютер работать не будет
Сигнал Power Good можно использовать для сброса вручную если подать его на микросхему тактового генератора. При заземлении сигнальной цепи Power Good, генерация тактовых сигналов прекращается и процессор останавливается. После размыкания переключателя вырабатывается кратковременный сигнал начальной установки процессора и разрешается нормальное прохождение сигнала - выполняется аппаратная перезагрузка компьютера. В компьютерных БП типа ATX, предусмотрен сигнал, называемый PS ON, он может использоваться программой для отключения источника питания. Для проверки работоспособности блока питания, следует нагрузить БП лампами для автомобильных фар и померять все выходные напряжения тестером. Если напряжения в пределах нормы. Также стоит проверить изменение выдаваемое БП напряжение с изменением нагрузки.
Работа этих блоков питания очень стабильна и надёжна, но в случае сгорания, чаще всего выходят из строя мощные транзисторы, низкоомные резисторы, выпрямительные диоды на радиаторе, варисторы, трансформатор и предохранитель.
Для наших целей подойдёт абсолютно любой компьютерный БП. Хоть на 250 ватт, хоть на 500. Того тока, что он обеспечит, хватит для радиолюбительского БП с головой.
Переделка компьютерного БП ATX минимальна, и доступна для повторения даже начинающим радиолюбителям. Главное только помнить, что импульсный компьютерный БП ATX имеет на плате много элементов, которые находятся под напряжением сети 220В, поэтому будьте предельно аккуратны при испытаниях и настройке! Изменений каснулась в основном выходная часть БП ATX.
Дело в том, что блок питания от компьютера содержит в себе не только основной мощный преобразователь 300 ватт с шинами +5 и +-12В, но и небольшой вспомогательный источник питания дежурного режима материнской платы. Причём этот небольшой импульсный блок питания абсолютно независимый от основного.
Независимый настолько, что его можно смело выпилить из основной платы и подобрав подходящую коробку использовать для питания каких - нибудь электронных устройств. Доработка каснулась только обвязки микросхемы TL 431, сначала собрал делитель, но затем поступил проще – обычный подстроечник. С ним предел регулировки от 3,6 до 5,5 вольта.
Вот типовая схема компьютерного БП ATX, а ниже приведена схема участка вспомогательного преобразователя дежурного режима.
Естественно в каждом конкретном блоке питания ATX схема будет отличаться. Но принцип думаю понятен.
Аккуратно выпиливаем нужный участок печатной платы с ферритовым трансформатором, транзистором и другими необходимыми деталями и подключив к сети 220В проводим испытания на работоспособность этого блока.
В данном случае на выходе выставил напряжение ровно 4 вольта, ток срабатывания защиты 500ма, так как используется данный ИБП для проверки мобильных телефонов.
Мощность получившегося ИБП не велика, но однозначно выше стандартных импульсных зарядок от мобильных телефонов. Для этой переделки БП подойдёт абсолютно любой компьютерный блок питания ATX .
Для удобства эксплуатации, этот лабораторный блок питания можно снабдить цифровой индикацией тока и напряжения. Выполнить это можно или на микроконтроллере, или на специализированной микросхеме.
обеспечивает следующие параметры и функции:
1. Измерение и индикация выходного напряжения блока питания в диапазоне от 0 до 100В, с дискретностью 0,01В
2. Измерение и индикация выходного тока нагрузки блока питания в диапазоне от 0 до 10А с дискретностью 10 мА
3. Погрешность измерения - не хуже ±0,01В (напряжение) или ±10мА (ток)
4. Переключение между режимами измерения напряжение/ток осуществляется с помощью кнопки с фиксацией в нажатом положении.
5. Вывод результатов измерения на большой четырехразрядный индикатор. При этом три разряда используются для отображения значения измеряемой величины, а четвертый – для индикации текущего режима измерения.
6. Особенность моего вольтамперметра – автоматический выбор предела измерения. Смысл в том, что напряжения 0-10В отображаются с точностью 0,01В, а напряжения 10-100В с точностью 0,1В.
7. Реально делитель напряжения рассчитан с запасом, если измеряемое напряжение увеличивается больше 110В (ну может кому-то надо меньше, можно исправить это в прошивке), на индикаторе отображаются символы перегрузки – O.L (Over Load). Аналогично сделано и с амперметром, при превышении измеряемого тока больше 11А вольтамперметр переходит в режим индикации перегрузки.
Устройство осуществляет измерение и индикацию только положительных значений тока и напряжения, причем для измерения тока используется шунт в цепи «минуса».
Устройство выполнено на микроконтроллере DD1 (МК) ATMega8-16PU.
Технические параметры ATMEGA8-16PU:
Ядро AVR
Разрядность 8
Тактовая частота, МГц 16
Объем ROM-памяти 8K
Объем RAM-памяти 1K
Внутренний АЦП, кол-во каналов 23
Внутренний ЦАП, кол-во каналов 23
Таймер 3 канала
Напряжение питания, В 4.5…5.5
Температурный диапазон, C 40...+85
Тип корпуса DIP28
Количество дополнительных элементов схемы - минимально. (Более полные данные на МК можно узнать из даташита на него).
Резисторы
на схеме - типа МЛТ-0,125 или импортные аналоги, электролитический
конденсатор типа К50-35 или аналогичный, напряжением не менее 6,3В,
емкость его может отличаться в большую сторону. Конденсатор 0,1 мкФ -
керамический импортный. Вместо DA1 7805 можно применить любые аналоги.
Максимальное напряжение питания устройства определяется максимальным
допустимым входным напряжением этой микросхемы. О типе индикаторов
сказано далее. При переработке печатной платы возможно применение иных
типов компонентов, в том числе SMD.
Резистор R… импортный керамический, сопротивление 0,1Ом 5Вт,
возможно применение более мощных резисторов, если габариты печатки
позволяют установить.
Также нужно
изучить схему стабилизации тока БП, возможно там уже есть
токоизмерительный резистор на 0,1 Ом в минусовой шине. Можно будет
использовать по возможности этот резистор.
Для питания устройства может использоваться либо отдельный стабилизированный источник питания +5В (тогда микросхема стабилизатора питания
DA1 не нужна), либо нестабилизированный источник +7…30В (с обязательным
использованием DA1). Потребляемый устройством ток не превышает 80мА.
Следует обращать внимание на то, что стабильность питающего напряжения
косвенно влияет на точность измерения тока и напряжения.
Индикация
- обычная динамическая, в определенный момент времени светится только
один разряд, но из-за инерционности нашего зрения мы видим светящимися
все четыре индикатора и воспринимаем как нормальное число.
Использовал один токоограничительный резистор на один индикатор и
отказался от необходимости дополнительных транзисторных ключей, т. к.
максимальный ток порта МК в данной схеме не превышает допустимые 40 мА.
Путем изменения программы можно реализовать возможность использования
индикаторов как с общим анодом, так и с общим катодом.
Тип
индикаторов может быть любым - как отечественным, так и импортным. В
моем варианте применены двухразрядные индикаторы VQE-23 зеленого
свечения с высотой цифры 12 мм (это древние, мало-яркие индикаторы,
найденные в старых запасах). Здесь приведу его технические данные для
справки;
Индикатор VQE23, 20x25mm, ОК, зеленый
Двухразрядный 7-сегментный индикатор.
Тип Общий катод
Цвет зеленый (565nm)
Яркость 460-1560uCd
Десятичные точки 2
Номинальный ток сегмента 20mA
Ниже указано расположение выводов и габаритный чертеж индикатора:
1. Анод H1
2. Анод G1
3. Анод A1
4. Анод F1
5. Анод B1
6. Анод B2
7. Анод F2
8. Анод A2
9. Анод G2
10. Анод H2
11. Анод C2
12. Анод E2
13. Анод D2
14. Общ катод К2
15. Общ катод К1
16. Анод D1
17. Анод E1
18. Анод C1
Возможно использование вообще любых индикаторов как одно-, двух-, так и четырехразрядных с общим катодом, придется только разводку печатной платы под них делать. Плата изготовлена из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита, но возможно применение одностороннего, просто надо будет несколько перемычек запаять. Элементы на плате устанавливаются с обеих сторон, поэтому важен порядок сборки:
Сначала необходимо пропаять перемычки (переходные отверстия), которых много под индикаторами и возле микроконтроллера.
Затем микроконтроллер DD1. Для него можно использовать цанговую
панельку, при этом ее надо устанавливать не до упора в плату, чтобы
можно было пропаять выводы со стороны микросхемы. Т.к. не было под лапой
цанговой панельки, было решено впаять МК намертво в плату. Для
начинающих не рекомендую, в случае неудачной прошивки 28-ногий МК очень
неудобно заменять.
Затем все прочие элементы.
Эксплуатация данного модуля вольтамперметра не требует объяснения.
Достаточно правильно подключить питание и измерительные цепи.
Разомкнутый джемпер или кнопка – измерение напряжения, замкнутый джемпер или кнопка – измерение тока.
Прошивку можно залить в контроллер
любым доступным для вас способом. Из Fuse-битов, что необходимо
сделать, так это включить встроенный генератор 4 МГц. Ничего страшного
не случится, если их не прошить, просто МК будет работать на 1МГц и
цифры на индикаторе будут сильно мерцать.
Я не могу дать конкретных рекомендаций, кроме вышесказанных, о том, как подключить устройство к конкретной схеме блока питания - ведь их такое множество! Надеюсь, эта задача действительно окажется такой легкой, как это я себе представляю. P.S. В реальном БП данная схема не проверялась, собрана как макетный образец, в будущем планируется сделать простой регулируемый БП с применением данного вольтамперметра. Буду благодарен тем, кто испытает в работе данный вольтамперметр и укажет на существенные и не очень недостатки. За основу взята схема от ARV Моддинг блока питания с сайта радиокот. Прошивку для микроконтроллера ATmega8 c исходными кодами для CodeVision AVR C Compiler 2.04, и плату в формате ARES Proteus можно скачать на отсюда . Также прилагается рабочий проект в ISIS Proteus. Материал предоставил – i8086.
Все основные и дополнительные детали блока питания монтируются внутри корпуса БП ATX. Места там хватает и для них, и для цифрового вольтамперметра, и для всех необходимых гнёзд и регуляторов.
Последнее преимущество так-же очень актуально, ведь корпуса часто являются большой проблемой. Лично у меня в ящике стола лежит немало девайсов, которые так и не обзавелись собственной коробкой.
Корпус получившегося блока питания можно обклеить декоративной чёрной самоклеющейся плёнкой или просто покрасить. Переднюю панель со всеми надписями и обозначениями делаем в фотошопе, печатаем на фотобумаге и наклеиваем на корпус.
Долгие испытания лабораторного блока питания показали его высокую надёжность, стабильность и отличные технические характеристики. Рекомендую всем повторить эту конструкцию, тем более, что пределка довольно простота и в итоге получится красивый компактный БП.
При переделке компьютерных импульсных блоков питания (далее - ИБП) с управляющей микросхемой TL494 под блоки питания для питания трансиверов, радиоаппаратуры и зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов , накопилась часть ИБП, которые были неисправны и не поддавались ремонту, работали нестабильно или имели управляющую микросхему другого типа.
Дошли руки и до оставшихся блоков питания, из них после недолгих экспериментов вывели технологию переделки под зарядные устройства (далее - ЗУ) для автомобильных аккумуляторов.
Также после выхода на электронную почту начали приходить письма с разными вопросами, мол, что и как, с чего начинать.
С чего начать?
Перед тем как приступить к переделке следует внимательно ознакомиться с книгой , в ней подробно изложено описание работы ИБП с управляющей микросхемой TL494. Также не лишним было бы посещение сайтов и , где подробно рассмотрены вопросы переделки компьютерных ИБП. Для тех радиолюбителей, которые не смогли найти указанную книгу попробуем «на пальцах» объяснить, как «укротить» ИБП.И так обо всем по порядку.
И так рассмотрим случай, когда АКБ еще не подсоединена. Напряжение сети переменного тока подается через терморезистор TR1, сетевой плавкий предохранитель FU1, помехоподавляющий фильтр к выпрямителю на диодной сборке VDS1. Выпрямленное напряжение сглаживается фильтром на конденсаторах С6, С7, на выходе выпрямителя получается напряжение + 310 В. Это напряжение подается к преобразователю напряжения на мощных ключевых транзисторах VT3, VT4 с импульсным силовым трансформатором Тр2.
Сразу же оговоримся, что для нашего зарядного устройства резисторы R26, R27, предназначенные для приоткрывания транзисторов VT3, VT4, отсутствуют. Переходы база-эмиттер транзисторов VT3, VT4 зашунтированы цепями R21R22 и R24R25, соответственно, вследствие чего, транзисторы закрыты, преобразователь не работает, выходное напряжение отсутствует.
При подсоединении АКБ к выходным клеммам Кл1 и Кл2, при этом загорается светодиод VD12, напряжение подается через цепочку VD6R16 к выводу № 12 для питания микросхемы МС1 и через цепочку VD5R12 к средней обмотке согласующего трансформатора Тр1 драйвера на транзисторах VT1, VT2. Управляющие импульсы с выводов 8 и 11 чипа МС1 поступают на драйвер VT1, VT2, и через согласующий трансформатор Тр1 к базовым цепям силовых ключевых транзисторов VT3, VT4, открывая их поочередно.
Переменное напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора Тр2 канала выработки напряжения + 12 В поступает на двухполупериодный выпрямитель на сборке из двух диодов Шоттки VD11. Выпрямленное напряжение сглаживается LC фильтром L1C16 и поступает к выходным клеммам Кл1 и Кл2. С выхода выпрямителя также питается штатный вентилятор М1, предназначенный для охлаждения деталей ИБП, включенный через гасящий резистор R33 для уменьшения скорости вращения лопастей и шума вентилятора.
АКБ через клемму Кл2 подключена к минусу выхода выпрямителя ИБП через резистор R17. При протекании тока заряда от выпрямителя к АКБ, на резисторе R17 образуется падение напряжения, которое подается к выводу № 16 одного из компараторов микросхемы МС1. При превышении тока заряда больше установленного уровня (движком резистора установки тока заряда R4), микросхема МС1 увеличивает паузу между выходными импульсами, уменьшая ток в нагрузку и тем самым стабилизируя ток зарядки АКБ.
Цепь R14R15 стабилизации выходного напряжения R14R15 подключена к выводу № 1 второго компаратора микросхемы МС1, предназначена для ограничения его значения (на уровне + 14,2 - + 16 В) в случае отсоединения АКБ. При увеличении выходного напряжения выше установленного уровня, микросхема МС1 увеличит паузу между выходными импульсами, тем самым стабилизируя напряжения на выходе.
Микроамперметр РА1, с помощью переключателя SA1 подключается к разным точкам выпрямителя ИБП, используется для измерения тока заряда и напряжения на АКБ.
В качестве ШИМ-регулятора управления МС1 используется микросхема типа TL494 или ее аналоги: IR3M02 (SHARP, Япония), µА494 (FAIRCHILD, США), КА7500 (SAMSUNG, Корея), МВ3759 (FUJITSU, Япония, КР1114ЕУ4 (Россия).
Начинаем переделку!
Отпаиваем все провода с выходных разъемов, оставляем по пять проводов желтого цвета (канал выработки напряжения +12 В) и пять проводов черного цвета (GND, корпус, земля), по четыре провода каждого цвета скручиваем вместе и спаиваем, эти концы впоследствии будут подпаяны к выходным клеммам ЗУ.Снимаем переключатель 115/230V и гнезда для подсоединения шнуров.
На месте верхнего гнезда устанавливаем микроамперметр РА1 на 150 - 200 мкА от кассетных магнитофонов, например М68501, М476/1. Родная шкала снята, вместо нее установлена самодельная шкала, изготовленная с помощью программы FrontDesigner_3.0, файлы шкал можно скачать с сайта журнала . Место нижнего гнезда закрываем жестью размерами 45×25 мм и сверлим отверстия для резистора R4 и переключателя рода измерений SA1. На задней панели корпуса устанавливаем клеммы Кл 1 и Кл 2.
Также, нужно обратить внимание на размер силового трансформатора, (на плате - тот который побольше), на нашей схеме (Рис. 5) это Тр 2. От него зависит максимальная мощность блока питания. Высота его должна быть не менее 3 см. Встречаются блоки питания с трансформатором высотой менее 2 см. Мощность таких 75 Вт, даже если написано 200 Вт .
В случае переделки ИБП типа АТ снимаем резисторы R26, R27 приоткрывающие транзисторы ключевого преобразователя напряжения VT3, VT4. В случае переделки ИБП типа АТХ снимаем с платы детали дежурного преобразователя.
Выпаиваем все детали кроме: цепей помехоподавляющего фильтра, высоковольтного выпрямителя VDS1, C6, C7, R18, R19, инвертора на транзисторах VT3, VT4, их базовых цепей, диодов VD9, VD10, цепей силового трансформатора Тр2, С8, С11, R28, драйвера на транзисторах VT3 или VT4, согласующего трансформатора Тр1, деталей С12, R29, VD11, L1, выходного выпрямителя, согласно схемы (Рис. 5).
У нас должна получиться плата примерно такого вида (Рис. 6). Даже если в качестве управляющего ШИМ-регулятора, переделываемого ИБП, используется микросхема типа DR-B2002, DR-B2003, DR-B2005, WT7514 или SG6105D проще их снять и сделать с нуля на TL494. Блок управления А1 изготавливаем в виде отдельной платы (Рис. 7).
Штатная диодная сборка в выпрямителе +12 В рассчитана на слишком слабый ток (6 - 12 А) - ее использовать не желательно, хотя для зарядного устройства вполне допустимо. На ее место можно установить диодную сборку из 5-вольтового выпрямителя (она на больший ток рассчитана, но имеет обратное напряжение всего 40 В). Так как в некоторых случаях обратное напряжение на диодах в выпрямителе +12 В достигает значения 60 В! , лучше установить сборку на диодах Шоттки на ток 2×30 А и обратное напряжение не менее 100 В, например, 63CPQ100, 60CPQ150 .
Конденсаторы выпрямителя 12-вольтовой цепи заменяем на рабочее напряжение 25 В (16-ти вольтовые нередко вздувались).
Индуктивность дросселя L1 должна быть в диапазоне 60 - 80 мкГн, его обязательно отпаиваем и измеряем индуктивность, часто попадались экземпляры и на 35 - 38 мкГн, с ними ИБП работает неустойчиво, жужжит при увеличении тока нагрузки больше 2 А. При слишком большой индуктивности, более 100 мкГн, может произойти пробой по обратному напряжению сборки диодов Шотки, если она была взята из 5-ти вольтового выпрямителя. Для улучшения охлаждения обмотки выпрямителя +12 В и кольцевого сердечника снимаем неиспользуемые обмотки для выпрямителей -5 В, -12 В и +3,3 В. Возможно придется домотать до оставшейся обмотки несколько витков провода до получения требуемой индуктивности (Рис. 8).
Если ключевые транзисторы VT3, VT4 были неисправными, а оригинальные не удается приобрести, то можно установить более распространенные транзисторы типа MJE13009. Транзисторы VT3, VT4 прикручены к радиатору, как правило, через изоляционную прокладку. Необходимо транзисторы снять и для увеличения теплового контакта, с обеих сторон прокладку промазать термопроводящей пастой. Диоды VD1 - VD6 рассчитанные на прямой ток не менее 0,1 А и обратное напряжение не менее 50 В, например КД522, КД521, КД510.
Все электролитические конденсаторы на шине +12 В заменяем на напряжение 25 В. При монтаже также надо учесть, что резисторы R17 и R32 в процессе работы блока нагреваются, их надо расположить поближе к вентилятору и подальше от проводов.
Светодиод VD12 можно приклеить к микроамперметру РА1 сверху для освещения его шкалы.
Наладка
При наладке ЗУ желательно воспользоваться осциллографом, он позволит увидеть импульсы в контрольных точках и поможет нам значительно сэкономить время. Проверяем монтаж на наличие ошибок. К выходным клеммам подключаем аккумуляторную батарею (далее - АКБ). В первую очередь проверяем наличие генерации на выводе № 5 генератора пилообразного напряжения МС (Рис. 9).
Проверяем наличие указанных напряжений согласно схемы (Рис. 5)на выводах № 2, № 13 и № 14 микросхемы МС1. Движок резистора R14 устанавливаем в положение максимального сопротивления, и проверяем наличие импульсов на выходе микросхемы МС1, на выводах № 8 и № 11 (Рис. 10).
Также проверяем форму сигнала между выводах № 8 и № 11 МС1 (Рис. 11), на осциллограмме видим паузу между импульсами, отсутствие симметрии импульсов может говорить о неисправности базовых цепей драйвера на транзисторах VT1, VT2.
Проверяем форму импульсов на коллекторах транзисторов VT1, VT2 (Рис. 12),
А также форму импульсов между коллекторами этих транзисторов (Рис. 13).
Отсутствие симметрии импульсов может говорить о неисправности самих транзисторов VT1, VT2, диодов VD1, VD2, перехода база-эмиттер транзисторов VT3, VT4 или их базовых цепей. Иногда пробой перехода база-эмиттер транзистора VT3 или VT4 приводит к выходу из строя резисторов R22, R25, диодного моста VDS1 и только потом к перегоранию предохранителя FU1.
Левый, по схеме, вывод резистора R14 подключаем в источнику образцового напряжения на 16 В (почему именно 16 В - чтобы скомпенсировать потери в проводах и на внутреннем сопротивлении сильно сульфатированной АКБ, хотя можно и 14,2 В). Уменьшая сопротивление резистора R14 до момента пропадания импульсов на выводах № 8 и № 11 МС, точнее в этот момент пауза становится равной полупериоду повторения импульсов.
Первое включение, тестирование
Правильно собранное, без ошибок, устройство запускается сразу, но в целях безопасности вместо сетевого предохранителя включаем лампу накаливания напряжением 220 В мощностью 100 Вт, она будет служить нам балластным резистором и в аварийной ситуации спасет детали схемы ИБП от повреждения.Движок резистора R4 устанавливаем в положение минимального сопротивления, включаем зарядное устройство (ЗУ) в сеть, при этом лампа накаливания должна кратковременно вспыхнуть и погаснуть. При работе ЗУ на минимальном токе нагрузки радиаторы транзисторов VT3, VT4 и диодной сборки VD11 практически не нагреваются. При увеличении сопротивления резистора R4 начинает возрастать ток зарядки, при каком-то уровне вспыхнет лампа накаливания. Ну, вот и все, можно снимать ламу и ставить на место предохранитель FU1.
В случае если вы все-таки решились установить диодную сборку из 5-вольтового выпрямителя (повторимся, что она выдерживает по току, но обратное напряжение всего 40 В), включаем ИБП в сеть на одну минуту, а движком резистором R4 устанавливаем ток в нагрузку 2 - 3 А, выключаем ИБП. Радиатор с диодной сборкой должен быть теплым, но ни в коем случае не горячим. Если он горячий - значит, данная диодная сборка в данном ИБП долго не проработает и обязательно выйдет из строя.
Проверяем ЗУ на максимальном токе в нагрузку, для этого удобно использовать устройство , подключенное параллельно АКБ, которое позволит не испортить батарею длительными зарядами во время наладки ЗУ. Для увеличения максимального тока зарядки, можно несколько увеличить сопротивления резистора R4, но при этом не следует превышать максимальную мощность на которую рассчитан ИБП.
Подбором сопротивлений резисторов R34 и R35 устанавливаем пределы измерения для вольтметра и амперметра соответственно.
Фотки
Монтаж собранного устройства показан на (Рис. 14).
Теперь можно закрывать крышку. Внешний вид ЗУ показан на (Рис. 15).
Но выход всё-же есть. Это обычный, стандартный ATX от любого, даже самого простого и древнего компьютера. Несмотря на дешевизну таких БП (бэушный можно найти по фирмам и за 5уе), они обеспечивают очень приличный ток и универсальные напряжения. По линии +12В - 10А, по линии -12В - 1А, по линии 5В - 12А и по линии 3,3В - 15А. Конечно указанные значения не точные, и могут несколько отличаться в зависимости от конкретной модели БП ATX.
Вот как раз недавно я и делал одну интересную вещь - музыкальный центр из и корпуса от небольшой колонки. Всё бы хорошо, да вот учитывая приличную мощность усилителя НЧ, ток потребления центра в пиках басов достигал 8А. И даже попытка установить на питание 100 ваттный трансформатор с 4-х амперными вторичками нормального результата не дал: мало того, что на басах напряжение проваливалось на 3-4 вольта (что было хорошо заметно по затуханию ламп подсветки передней панели магнитолы), так ещё и от фона 50Гц никак не удавалось избавиться. Хоть 20000 микрофарад ставь, хоть экранируй всё, что можно.
А тут как раз на счастье, сгорел старый системник на работе. Но блок питания ATX ещё рабочий. Вот и приткнём его для магнитолы. Хотя по паспорту автомагнитолы и ихние усилители питаются напряжением 12В, но мы то знаем, что гораздо мощнее она будет звучать если подать на неё 15-17В. По крайней мере за всю мою историю ещё ни один ресивер не сгорел от лишних 5-ти вольт.
Так как в имеющемся БП ATX напряжение 12-ти вольтовой шины было всего чуть больше 10В (может потому и не работал системник? Поздно.), будем поднимать его изменением управляющего напряжения на 2-м выводе TL494. Принципиальную схему компьютерного блока питания смотрите тут.
Проще говоря поменяем резистор или вообще впаяем его на дорожки другого номинала. Ставлю два килоома и вот 10,5В превращаются в 17. Надо меньше? - Увеличиваем сопротивление. Стартуется компьютерный блок питания замыканием зелёного провода на любой чёрный.
Так как места в корпусе будущего музыкального центра не много - вытаскиваем плату импульсного блока питания ATX из родного корпуса (коробочка пригодится для моего будущего проекта), и тем самым уменьшаем габариты БП в два раза. И не забываем перепаять конденсатор фильтра в БП на более высокое напряжение, а то мало ли что...
А кулер? - Спросит внимательный и сообразительный радиолюбитель. Он нам не нужен. Эксперименты показали, что при токе 5А 17В в течении часа работы магнитолы на максимальной громкости (за соседей не беспокойтесь - два резистора 4 Ома 25 ватт), радиатор диодов был немного тёплый, а транзисторов - почти холодный. Так что нагрузку до 100 ватт такой БП ATX будет держать без проблем.
Обсудить статью ПРОСТОЙ БЛОК ПИТАНИЯ ИЗ ATX
