Как самому изготовить полноценный блок питания с диапазоном регулируемого напряжения 2,5-24 вольта, да очень просто, повторить может каждый не имея за плечами радиолюбительского опыта.
Делать будем из старого компьютерного блока питания, ТХ или АТХ без разницы, благо, за годы PC Эры у каждого дома уже накопилось достаточно количество старого компьютерного железа и БП наверняка тоже там есть, поэтому себестоимость самоделки будет незначительной, а для некоторых мастеров равно нулю рублей.
Мне достался для переделки вот какой АТ блок.
Чем мощнее будете использовать БП тем лучше результат, мой донор всего 250W с 10 амперами на шине +12v, а на деле при нагрузке всего 4 А он уже не справляется, происходит полная просадка выходного напряжения.
Смотрите что написано на корпусе.
Поэтому смотрите сами, какой ток вы планируете получать с вашего регулируемого БП, такой потенциал донора и закладывайте сразу.
Вариантов доработки стандартного компьютерного БП множество, но все они основаны на изменении в обвязке микросхемы IC - TL494CN (её аналоги DBL494, КА7500, IR3М02, А494, МВ3759, М1114ЕУ, МPC494C и т.д.).
Рис №0 Распиновка микросхемы TL494CN и аналогов.
Посмотрим несколько вариантов
исполнения схем компьютерных БП, возможно одна из них окажется ваша и разбираться с обвязкой станет намного проще.
Схема №1.
Приступим к работе.
Для начала необходимо разобрать корпус БП, выкручиваем четыре болта, снимаем крышку и смотрим внутрь.
Ищем на плате микросхему из списка выше, если таковой не окажется, тогда можно поискать вариант доработки в интернете под вашу IС.
В моем случае на плате была обнаружена микросхема KA7500, значит можно приступать к изучению обвязки и расположению ненужных нам деталей, которые необходимо удалить.
Для удобства работы, сначала полностью открутим всю плату и вынем из корпуса.
На фото разъём питания 220v.
Отсоединим питание и вентилятор, выпаиваем или выкусываем выходные провода, чтобы не мешали нам разбираться в схеме, оставим только необходимые, один желтый (+12v), черный (общий) и зеленый* (пуск ON) если есть такой.
В моём АТ блоке зеленого провода нет, поэтому он запускается сразу при включении в розетку. Если блок АТХ, то в нем должен быть зеленый провод, его необходимо припаять на "общий", а если пожелаете сделать отдельную кнопку включения на корпусе, то тогда просто поставьте выключатель в разрыв этого провода.
Теперь надо посмотреть на сколько вольт стоят выходные большие конденсаторы, если на них написано меньше 30v , то надо заменить их на аналогичные, только с рабочим напряжение не меньше 30 вольт.
На фото - черные конденсаторы как вариант замены для синего.
Делается это потому, что наш доработанный блок будет выдавать не +12 вольт, а до +24 вольт, и без замены конденсаторы просто взорвутся при первом испытании на 24v, через несколько минут работы. При подборе нового электролита емкость уменьшать не желательно, увеличивать всегда рекомендуется.
Самая ответственная часть работы.
Будем удалять все лишнее в обвязке IC494, и припаивать другие номиналы деталей, чтобы в результате получилась вот такая обвязка (Рис. №1).
Рис. №1 Изменение в обвязке микросхемы IC 494 (схема доработки).
Нам будут нужны только эти ножки микросхемы №1, 2, 3, 4, 15 и 16, на остальные внимание не обращать.
Рис. №2 Вариант доработки на примере схемы №1
Расшифровка обозначений.
Делать надо примерно так , находим ножку №1 (где стоит точка на корпусе) микросхемы и изучаем, что к ней присоединено, все цепи необходимо удалить, отсоединить. В зависимости от того как у вас в конкретной модификации платы будут расположены дорожки и впаяны детали, выбирается оптимальный вариант доработки, это может быть выпаивание и приподнятие одной ножки детали (разрывая цепь) или проще будет перерезать дорожку ножом. Определившись с планом действий, начинаем процесс переделки по схеме доработки.
На фото - замена резисторов на нужный номинал.
На фото - приподнятием ножек ненужных деталей, разрываем цепи.
Некоторые резисторы, которые уже впаяны в схему обвязки могут подойти без их замены, например, нам необходимо поставить резистор на R=2.7k с подключением к "общему", но там уже стоит R=3k подключенный к "общему", это нас вполне устраивает и мы его оставляем там без изменений (пример на Рис. №2, зеленые резисторы не меняются).
На фото - перерезанные дорожки и добавленные новые перемычки, старые номиналы записываем маркером, может понадобится восстановить все обратно.
Таким образом просматриваем и переделываем все цепи на шести ножках микросхемы.
Это был самой сложный пункт в переделке.
Делаем регуляторы напряжения и тока.
Берем переменные резисторы на 22к (регулятор напряжения) и 330Ом (регулятор тока), припаиваем к ним по два 15см провода, другие концы впаиваем на плату согласно схеме (Рис. №1). Устанавливаем на лицевую панель.
Контроль напряжения и тока.
Для контроля нам понадобятся вольтметр (0-30v) и амперметр (0-6А).
Эти приборы можно приобрести в Китайских интернет магазинах по самой выгодной цене, мой вольтметр мне обошелся с доставкой всего 60 рублей. (Вольтметр: )
Амперметр я использовал свой, из старых запасов СССР.
ВАЖНО - внутри прибора есть резистор Тока (датчик Тока), необходимый нам по схеме (Рис. №1), поэтому, если будете использовать амперметр, то резистор Тока ставить дополнительно не надо, без амперметра ставить надо. Обычно RТока делается самодельный, на 2-х ватное сопротивление МЛТ наматывается провод D=0,5-0,6 мм, виток к витку на всю длину, концы припаяем к выводам сопротивления, вот и все.
Корпус прибора каждый сделает под себя.
Можно оставить полностью металлический, прорезав отверстия под регуляторы и приборы контроля. Я использовал обрезки ламината, их легче сверлить и выпиливать.
Полное описание БП от компьютеров и режимы работы.
В данной статье использовались только факты, проверенные и испытанные временем. Автор статьи не ставит своей целью убеждать читателя в чём-либо. И уж тем более не несёт никакой ответственности за ваши эксперименты с вашим же оборудованием. Информация справедлива для блоков питания стоимостью много меньше 40$. Ну так вот. Вернёмся к нашим… ээ.. файл серверам и маршрутизаторам. Как правило в домашних сетях такая вещь не принадлежит конкретному человеку, а собирается из общих комплектующих или на общие деньги. Стараются чтоб было надёжно и подешевле (CPU – Intel, Память – не больше не меньше, сетевухи – NE2000 ISA 10Base2/T). Для полной надёжности и скорости на всё это железо ставят Unix. Ах да!!! совсем забыл. Сюда ещё нужен UPS.
Без стоимости UPS скромная системка потянет на 50..70$ + стоимость HDD для файл сервера. Естественно, что блок питания в такой системе не может стоить 40$
Кто-то возразит: “А у нас старый корпус от брендовой i486.” Угу. А сколько лет этому БП? И сколько лет он ещё должен будет проработать? Будет ли всё это работать долго и безглючно? И так:
Типовая схема блока питания АТ 200W.
Главный недостаток всех дешевых БП
Вот так выглядит осциллограмма напряжений +5В дешевого БП.
Рис1. Статическая нагрузка 30%
В общем-то всё в пределах нормы. Заметны короткие выбросы напряжения. С увеличением нагрузки – увеличиваются выбросы.Следствие – глюки памяти и других цифровых элементов PC.Отметим, что нагрузка 30% - это большинство PC не обременённых более чем одним HDD. Имеющим простенькую видеокарту и CPU потребляющий не более 15W.
Второй недостаток
В теории сказано, что ИБП очень критичны к нестабильности тока нагрузки.В нашем случае этот недостаток проявляется во всей красе.Так выглядит осциллограмма напряжения +12В при динамической нагрузке.
Рис2. Комбинированная нагрузка 50% (2 и более HDD)
На Рис.2 участок №1 – статическая нагрузка.Участок №2 – HDD в режиме чтение/запись. Характерны провалы напряжения питания +12В. Величина и длительность провала зависит от параметров фильтра блока питания и мощности HDD.Следствие: Из-за нестабильности шины питания +12В жесткий диск начинает хлопать головами по “блинам”. Появляются бэды. Глюки устройств питающихся от шины +12В (ISA карты, COM порты)
Как с этим бороться
Рассмотрим фильтр блока питания.
Рис3. Фильтр (какой он есть)
В большинстве АТ блоках фильтр для шины питания +5В состоит из двух электролитических конденсаторов 1000мкФх10В. Для шины питания +12В одного конденсатора 1000мкФх16В. Для импульсных блоков питания емкость фильтрующих конденсаторов берётся из расчета 500..1000мкФ на 1А тока нагрузки.В нашем случае получаем для шины +5В максимальный ток нагрузки составит 4А. Для шины питания +12В максимальный ток нагрузки составит 2А. В большинстве случаев аварийная ситуация не возникает.Но вот при использовании даже одного HDD типа IBM DPTA 7200RPM (или с аналогичным энергопотреблением) наблюдались вышеуказанные глюки.
Рис4. Фильтр. (какой он должен быть)
Для этой схемы (Рис. 4.) справедливы следующие параметры:Шина +5В – максимальный динамический ток нагрузки 20А. Шина +12В – максимальный динамический ток нагрузки 8А. Электролитические конденсаторы устраняют нестабильность по току.Керамические (2.2мкФ 3..6шт.) устраняют импульсные выбросы напряжения.Рекомендуется серия с низким сопротивлением для импульсных токов(кажись так называется)Каждая фирма маркирует их по своему. Из того, что можно достать в Питере - например Hitano, Серия EXR, рабочая температура до 105 цельсия. Для +5В - две штучки 2200мкФ или 3300мкФ 6,3 или 10В (нужно смотреть габариты, производители БП очень сильно ужимают место)С керамикой ничего посоветовать не могу.Из того что видел отличаются только ТКЕ и точностью (например +80 -50%).Думаю в фильтрах такого рода это не принципиально. Тут чем больше емкость, тем лучше. Наверное лучше брать SMD (бескорпусную) и паять с обратной стороны платы прямо на проводники.По поводу катушек в выходных фильтрах:Если нет опыта намотки - лучше не экспериментировать. Если есть возможность купить, то можно попробовать. Или выпаять из мертвого БП.С катушками на выходе - нужно быть очень осторожным. Блок проверять только нагружая на резисторы.После модернизации фильтра смотрим осциллограмму.
Рис5. Статическая нагрузка 30% (шина +5В)
Так выглядит под нагрузкой “поверхность” напряжения брендового блока питания.Присутствуют выбросы напряжения, но они незначительны (много меньше допустимой нормы) и с увеличением нагрузки практически не увеличиваются.Суммарная емкость (мой вариант) электролитических конденсаторов 6800мкФ. Керамических конденсаторов 1.5мкФ. (всё что было под рукой).Для интереса был протестирован блок питания АТХ фирмы PowerMan из корпуса InWin A500 – осциллограмма похожая, но выбросы напряжения отсутствуют.
Рис6. Комбинированная нагрузка 50% (2 и более HDD)
На Рис.6 участок 2 соответствует динамической нагрузке.
Емкость фильтра – один конденсатор 4700мкФх25В (HDD в режиме чтение/запись). Максимальная помеха не более 100мВ.Блок питания АТХ фирмы PowerMan показал примерно тотже результат.
Безопасность/надёжность высоковольтной части БП
Рис7. Осциллограмма сетевого напряжения. Идеальная.
…Опять кто-то выключил свет.
Рис8. Осциллограмма сетевого напряжения. Работа нескольких РС без фильтра.
Кто-то скажет: “ну а нам пофигу гадит наш РС в сеть или нет. Ну сэкономили ушлые китайцы на сетевом фильтре, ну и что.”Возможно вас убедит следующая осциллограмма.
Рис9. Работа в сети (220В) некоторых мощных потребителей.
На Рис9. Участок №1 – работа мощного перфоратора.Участок №2 – включение мощного индуктивного потребителя.(например холодильник или пылесос)Включение индуктивной нагрузки всегда сопровождается мощным всплеском напряжения. Напряжение импульсной помехи рассчитывается по следующей формуле:
Где: - сопротивление контактов в момент размыкания. - сопротивление контура цепи 220В.-напряжение сети. (220В)
Нетрудно догадаться, что числитель всегда больше чем знаменатель.
На осциллограмме (Рис.9) участок 2 - присутствует “провал” сетевого напряжения длительностью 20..500мсек.(Характерно для включения в сеть потребителей с реактивным характером сопротивления)От коротких провалов напряжения спасает UPS.(минимальное время включения бесперебойника 4мсек) Это хорошо если он есть. Возможно понадобится увеличить емкость высоковольтного фильтра постоянного тока. (на Рис.10 – электролиты 680х250V).Обычно установлены 220х200VПри потребляемой мощности 100Ватт запаса емкости (220х200V) хватает на 70..100мсек. Если увеличивать емкость до 680..1000мкФх200В, то не забудьте заменить диодную сборку RS205 (2A 500V) на RS507 (5A 700V). Обязательно наличие терморезистора. 4,7 ... 10 Ом на 10А. На терморезисторах обычно экономят. Ставят обычное сопротивление 1 Ом 1Ватт
Рис.10. Сетевой фильтр + выпрямитель. Какими они должны быть.
Из всех элементов в схеме фильтра обычного БП присутствует только терморезистор PS405L и предохранитель. (самое необходимое)Иногда ставят симметричный трансформатор (на схеме – 5mH). Само собой - выпрямитель RS205 и высоковольтный фильтр постоянного тока (2 электролита 220х200В)
Увеличение КПД
1 Замена мощных ключевых транзисторов .
Менять будем импортные биполярные KSE13007 (или NT405F, 2SC3306) на наш советский полевик КП948А.
Рис.11 Типовая схема включения полевого транзистора.
Такой вариант годится для АТХ блоков питания, т.к. запуск блока происходит от отдельного маломощного источника питания.Для АТ блоков такая схема не годится. Поэтому я оставил обвязку транзистора как есть, добавив 15В стабилитрон.(как показано на схеме Рис.11) Стабилитроны ставить не обязательно, т.к. прямое напряжение на затворе не превышает 1В (прямой диод),а напряжение его обратного пробоя не более 10В,Конденсаторы 1*50v(Рис12.) стоит ставить керамические (если ставится задача повышения надёжности), высыхание этих электролитов(особенно рядом с горячим радиатором) является основной причиной выхода блока питания из строя, так как недостаточно резко запираются силовые транзисторы.
Не знаю почему –но у меня работает.Падение мощности на транзисторах уменьшается на 3..5Ватт. Хотя стабилитроны я всё таки оставил.Как следствие – перестает греться.
<
2 Выпрямительные диоды.
Мощные выпрямительные диоды ставим на нормальные радиаторы.Подойдёт радиатор от CPU - пилим пополам. Одна половинка на +5В выпрямитель. Вторая - для +12В выпрямителя.Рекомендуют также силовые диодные сборки заменить на наши советские диоды КД2998А. Радиаторы - увеличить. Всё! Теперь вентилятор из БП можно выкинуть.При этом нарушается нормальный теплообмен внутри корпуса.Но если это БП для маршрутизатора – то греться внутри корпуса особо нечему. Если это файл сервер – тогда на свой страх и риск. Хотя Manowar Manowar"ыч утверждает, что у него переделанный АТХ блок питания нагружен на 2HDD 7200RPM + УНЧ и всё это хозяйство работает без вентилятора.
Блок питания AT
Стандарт AT
обязан своим появлением выпуску компьютеров фирмы IBM, созданных на базе процессора
Intel 286. Каких-либо принципиальных изменений за все годы, прошедшие с момента
выпуска первого компьютера IBM PC AT, он не претерпел - лишь последовательно
увеличивалась максимальная мощность блока питания.
Стандартный
блок питания AT имеет следующие уровни выходного (вторичного) напряжения:
- напряжение +5 В, ток от 2 до 25 А;
- напряжение -5 В, ток от 0 до 0,3 А;
- напряжение +12 В, ток от 0,4 до 3 А;
- напряжение -12 В, ток
от 0 до 0,25 А.
Включать блок питания без нагрузки нельзя, т. к. могут выйти из строя силовые элементы электрической схемы - транзисторы и электролитические конденсаторы. При необходимости проверки блока питания отдельно от компьютера к цепи +5 В следует подключить автомобильную лампу 30-40 Вт, 12В.
Основное напряжение питания, которое подается на процессор и все микросхемы, +5 В. Соответственно, от этого источника напряжения потребляется и наибольший ток. Например, современные процессоры требуют 20 и более ампер.
Напряжения -5 В ранее применялось для питания подложек кристаллов микросхем, а теперь практически не используется, точно так же, как и напряжение -12 В. Все необходимые напряжения различного уровня, отличные от +5 и +12 В, вырабатываются импульсными преобразователями на системной плате и платах расширения.
При включении блок питания вырабатывает для системного сброса (Reset) сигнал PG (Power Good), который появляется через 0,1-0,5 с, если напряжения на всех линиях вторичного питания в норме.
Для подачи напряжений к системной плате используются два 6-контактных разъема Р8 и Р9. Так как оба разъема конструктивно абсолютно одинаковы, а назначение контактов существенно различается, всегда существует опасность установить их неправильно. Для старых моделей блоков питания и системных плат это кончалось, как правило, выгоранием токо-проводящих проводников на материнской плате и выходом ее из строя. Маркировка разъемов не особо помогает, т. к. на самой материнской плате достаточно трудно рассмотреть номера разъемов. Существует правило, по которому происходит подключение - две пары черных и толстых проводов должны быть рядом (иногда они могут быть другого цвета). Учитывая такую особенность, всегда перед первым включением питания проверяйте - находятся ли в центре четыре одинаковых провода (по цвету и толщине).
Предупреждение
Устанавливайте
разъемы питания так, чтобы рядом были по два черных провода (земля).
Для проводов
разъемов питания применяются стандартные цвета (табл. 6.1), хотя встречаются
и другие варианты.
Напряжения и цвета проводников в разъемах Р8 и Р9
|
Контакт
|
Напряжение
|
Цвет провода
|
||
|
Р8-1 |
PG |
Белый |
||
|
Р8-2 |
5 В |
Красный |
||
|
Р8-3 |
12 В |
Желтый |
||
|
Р8-4 |
12В |
Коричневый |
||
|
Р8-5 |
GND |
Черный |
||
|
Р8-6 |
GND |
Черный
|
||
|
Р9-1 |
GND |
Черный |
||
|
Р9-2 |
GND |
Черный |
||
|
Р9-3 |
5В |
1- г -Голубой |
||
|
Р9-4 |
5 В |
Красный |
|
|
Р9-5 |
5 В |
Красный |
|
|
Р9-6 |
5 В |
Красный |
|
Для питания
различных устройств, например дисководов, из блока питания выходят несколько
жгутов с 4-контактными разъемами, имеющими скошенные углы. На эти
разъемы выводятся напряжения +5 и +12 В. Таких разъемов обычно бывает от 3 до
5. Для питания 3-дюймового дисковода используют малогабаритный 4-контактный
разъем, который надо подключать к дисководу очень аккуратно, чтобы
не перепутать ориентацию или не установить его не на те контакты (со сдвигом).
Так как различных внешних устройств, в том числе и вентиляторов, может быть
больше количества разъемов, то используют переходники. Также переходники применяют,
когда у блока питания нет разъема для подключения 3-дюймового дисковода.
В тех случаях,
когда нет переходника, можно самостоятельно припаять дополнительные разъемы
питания. При распайке новых разъемов следует быть аккуратным и не перепутать
провода +5 и + 12 В. Обратите внимание, что новые разъемы продаются с контактами,
которые не отделены от технологической
полосы, поэтому их надо осторожно откусить. Кроме того, следует учитывать,
что конструкция контактов, которые выполняются из тонкой жести, рассчитана на
однократную сборку, соответственно, разборка разъема может вызвать поломку фиксаторов
крепления.
На рис.
показан блок питания AT, установленный в корпусе, где видно, что с внешним миром
его соединяют два разъема для цепи 220 В, а также вентиляционные отверстия,
через которые из корпуса компьютера выдувается воздух, создавая поток, который
охлаждает силовые элементы блока питания.
На блоке питания
AT установлено две розетки для цепи 220 В, которые не являются равнозначными.
Основная, к которой подключается питающее напряжение, снабжена тремя штырями
для подключения сетевого провода, у которого третий проводник - это
защитное заземление (зану-ление). Вторая розетка предназначена для подключения
специального кабеля питания монитора. Напряжение 220 В к ней подается
только после нажатия кнопки питания на лицевой панели компьютера.
Каких-либо
предохранителей или переключателей у блока питания AT обычно нет, т. к. большинство
блоков рассчитаны и устойчиво работают как при напряжении 180-265 В, так и при
стандарте 115 В и частоте сетевого напряжения от 47 до 63 Гц. Внутренний защитный
предохранитель сгорает только в случае выхода из строя силовых элементов питания,
и поэтому не предназначен для замены пользователем.
Внимание! Устройство находится под напряжением! Для обеспечения безопасности все работы с блоком питания следует проводить только спустя некоторое время после его отключения от сети переменного тока.
Внимательно изучив все описанные в литературе варианты переделки компьютерных источников питания я пришел к выводу, что все они либо очень трудоемки и требуют больших затрат времени (с перемоткой дросселей и прочих намоточных изделий), либо проводимая модернизация минимальна. Последний вариант часто приводит к проблемам с надежностью и нагрузочной способностью блока питания (БП). С другой стороны, обилие информации по этой теме и множество всевозможных методик модернизации (порой просто неграмотных с технической точки зрения) позволяют выбрать наиболее приемлемый вариант с учетом собственных потребностей и возможностей. Но есть одна проблема – какому варианту модернизации отдать предпочтение, как выбрать БП для модернизации, что от него ждать и как получить приемлемый результат? Данная статья призвана помочь в этом на примере модернизации одного компьютерного БП (см.фото).
Модификация компьютерного БП может быть и не заменит источник питания Вашего КВ трансивера, но зато черезвычайно удобен для питания УКВ радиостанции в домашних условиях, на даче, огороде или как мощный лабораторный БП. На мой взгляд, начинать нужно с выбора блока питания для модернизации и некоторых теоретических моментов. Теоретические моменты заключаются в том, что без модификации вторичного выпрямителя (ВТВ) и для обеспечения надлежащей надежности блока питания получить от него ток более 15А при U вых.=13,5-14,0 В (100% duty cycle) невозможно. Как может быть осуществлена та самая модификация ВТВ очень хорошо рассказано в статье DL2YEO/UA9LAQ (). Если есть выбор, то предпочтение нужно отдать старым блокам 200-250W, имеющим хоть какой то запас по мощности. Ориентиром тут могут служить габаритные размеры самого большого трансформатора на плате (см. фото) и вес. У относительно современных БП (особенно безымянных или сделанных в Корее) заявленная мощность как правило завышена и получить достойный результат очень сложно. Наличие сетевого фильтра желательно (на фото - левый нижний угол), но не обязательно. Кстати, наличие этого фильтра – косвенный показатель качества БП. Хорошо, если перед покупкой в магазине БП разрешат вскрыть, а если нет? В большинстве случаев этот фильтр можно увидеть ничего не вскрывая. Конструктивно он располагается сразу за вентилятором. Его можно сделать и самому, ничего сложного тут нет. Один из вариантов изготовления сетевого фильтра рассмотрен в статье UA3DJG (). Обратите внимание на транзисторы, установленные в БП. Самый лучший вариант – наличие в нем пары полевых транзисторов. Они значительно меньше нагреваются, хотя и биполярная пара транзисторов 2SC2335 в БП на фото (левый радиатор) тоже неплохо работает.
Итак, БП теперь дома, с чего начать? Начинать нужно с генеральной чистки БП, за многие годы его эксплуатации в компьютере туда много чего засосало… После этого демонтируйте все провода с источников (+5В, -5В, -12В), кроме +12В (желтый), GND (общий, черный) и PG (о нем немного позже). Следующий этап – замена выпрямительных диодов источника + 12В (два отдельных диода на радиаторе или диодная сборка). Использовать сборку от 5-вольтового источника нельзя, она предназначена для более низких напряжений. Лучше использовать здесь сборку из двух диодов с барьером Шоттки (меньший нагрев, за счет меньшего падения напряжения). На фотографии в качестве примера приведены такие сборки (40CPQ060 и 30CTQ060) фирмы International Rectifier. На рынке они доступны, стоимость от 30 до 90 рублей, в зависимости от степени жадности продавца. Кроме всего прочего диодные сборки очень удобно монтировать (на том же месте), но при выборе обратите внимание на частоту работы. Большинство сборок китайского производства – низкочастотные (50-60Hz) и в импульсном источнике питания работать не будут! Можно использовать отечественные диоды КД2999 (2 шт.) с любым буквенным индексом. Мне они не понравились - сильно нагреваются даже при минимальной нагрузке (нарвался на перемаркированные, что ли…). Далее экспериментировать не стал и поставил импорт (на фото – справа). Работает замечательно. При этом сборка +5В остается нетронутой.
Далее на печатной плате от 1 вывода микросхемы ШИМ-контроллера TL494 (такая микросхема используется в большинстве АТ БП мощностью 200-250W до 1999 г. выпуска включительно) нужно найти 2 резистора. Одни из них идет на +5В, другой – на землю (см. фото), нужно аккуратно их выпаять. Независимо от конструктивного решения БП и при наличии TL494 (или ее аналогов других производителей) вышеназванные резисторы должны быть обязательно. Теперь припаяйте постоянный резистор номиналом 33К и мощностью 0,25
Вт или 0,5Вт от 1 ножки TL494 на выход +12В (на фото этот резистор помещен в ПВХ трубочку, а сам выход отмечен крестиком). Так мы изменяем приоритет ШИМ-контроллера с +5В на +12В. Теперь при изменении нагрузки от 0 до 15А напряжение будет меняться не более 50-100 мВ. Вместо другого постоянного резистора установите подстроечный резистор на 10К (его хорошо видно на первом фото). Этим резистором можно выставить любое нужное выходное напряжение (12-14В). Теперь к выходу +12В подключите любую небольшую нагрузку ~1А (вентилятор, автомобильную лампу, НО ТОЛЬКО НЕ ТРАНСИВЕР!!!) и, соблюдая все меры предосторожности, включите БП в сеть переменного тока. Изолированной отверткой и тем подстроечным резистором выставьте нужное Вам выходное напряжение. После этого подключите вольтметр к 1 ножке ШИМ-контроллера. Напряжение относительно общего провода должно быть в районе +2,5 В. Если это так, то все нормально. Если отличается более чем на 20%, нужно увеличить номинал резистора между +12В и 1 ножкой ШИМ-контроллера (то, что спрятано на фотографии в ПВХ изоляцию) и заново подстроить выходное напряжение. Теперь проверьте защиту от КЗ (моментально отключится) и если все нормально работает, то БП можно отключать. Спустя несколько минут проверьте радиаторы: за несколько минут работы они будут холодными или чуть теплыми (без обдува). БП должен работать бесшумно, никакого треска и других артефактов слышно быть не должно.
Следующим этапом идет настройка схемы защиты от перенапряжения. Смысл ее заключается в изменении контроля с +5В на +12В и замене стабилитрона ZD1 на напряжение 15В (или другого, в зависимости от выходного напряжения) с установкой последовательно с ним добавочного сопротивления в 100 Ом. Все это рассмотрено в статье OZ2CPU/UA9LAQ (Переделка компьютерного БП для трансивера) и на этом вопросе я не останавливаюсь подробно. В качестве охлаждения можно использовать тот же самый родной вентилятор от БП, но выгоднее использовать схему терморегулирования из соображений шумности. Схем в интернете в других литературных источниках очень много и найти их не составит никакого труда. Мне очень понравилась схема термореле, предложенная OZ2CPU/UA9LAQ (Переделка компьютерного БП для трансивера) - удобно, просто, не шумит и все работает. Единственный совет – крепить термодатчик именно к радиатору, где расположены диодные сборки, мне субъективно показалось, что они нагреваются больше. В заключении еще два важных момента.
1 . В идеале все радиаторы БП необходимо заменить на более качественные. Очень кстати будет дополнительный фильтр. Оставшиеся провода от выхода +12В сложите в пучки и на ферритовом кольце 2000НМ (d=25мм) намотайте 5 витков, а затем уже вместе с общим проводом подключите к выходным клеммам БП. Параллельно этим клеммам подключите конденсатор и желательно - танталовый. Корпус из сплавов алюминия использовать нельзя, т.к они экранируют только электрические поля. Можно использовать родной корпус БП, предварительно придав отверстиям нужную форму для установки разъемов и выключателей или корпус из сплошного листа железа для экранировки магнитных полей.
2 . Возвращаемся к выходу PG. Я не знаю, почему его мало кто использует из радиолюбителей в своей практике. На этом выходе после того, как устанавливаются все выходные напряжения БП (около 1 сек), появляется лог.1 TTL уровня. Следовательно, с помощью PG можно реализовать управление, когда нагрузка подключается не сразу после включения источника питания в сеть, а только после того, как установится выходное напряжение. Для этого можно использовать транзисторный ключ и мощное 12-вольтовое автомобильное реле с защитным диодом, подав через токоограничивающий резистор лог.1 с выход на PG на базу транзистора. Можно использовать и тиристорное управление, тут уже – кому как больше нравится. Лично я использую вариант управления на реле. Питается это устройство от тех же 13,5 вольт.
В итоге получился компактный, легкий и недорогой БП, обеспечивающий ток нагрузки до 15А. Эксплуатация такого источника питания совместно с УКВ радиостанцией выявила отсутствие гармоник частоты переключения.
73! М.В.Замостьянов, UA4WIA Mail to: [email protected] 13 мая 2004 г.Собственно, идея сделать лабораторный блок питания с регулируемым выходным напряжением и током из компьютерного - не нова. В интернете встречается немало вариантов подобных переделок.
Преимущества очевидны:
1. Такие блоки питания буквально «валяются под ногами».
2. Они содержат в себе все основные компоненты, а главное, готовые импульсные трансформаторы.
3. Они имеют превосходные массогабаритные характеристики - подобный трансформаторный блок питания весил бы более 10 кг (этот 1,3 кг всего).
Правда, они не лишены и недостатков:
1. Из-за импульсного преобразования - выходное напряжение содержит богатый спектр высокочастотных помех, что делает их ограниченно применимыми для питания радиостанций.
2. Не позволяют гарантированно получить низкое напряжение на выходе (менее 5 В) при малых токах нагрузки.
И, тем не менее, такой блок питания прекрасно подходит для питания автомобильной электроники в домашних условиях, при проверке и отладке электронных устройств. А наличие режима стабилизации тока позволяет использовать его как универсальное зарядное устройство для большой гаммы аккумуляторов!
Выходное напряжение — от 1 до 20 В
Выходной ток — до 10 А
Масса 1,3 кг
Для начала, давайте разберёмся, какие блоки питания годятся для переделки. Лучшим образом, для лабораторного блока питания годятся как раз старые блоки питания AT или ATX, собранные на ШИМ-контроллере TL494 (он же: μPC494, μА494, UTC51494, KA7500, IR3M02, МВ3759 и т.д.) мощностью 200 - 250 Вт. Таких встречается большинство! Современные ATX12B, на 350 - 450 Вт, конечно тоже не проблема переделать, но всё же они лучше годятся для блоков питания с фиксированным выходным напряжением (например, 13,8 В).
Для дальнейшего понимания сути переделки, рассмотрим принцип работы блока питания для компьютера.
Более-менее стандартизированные блоки питания (PC/XT, AT, PS/2) для компьютеров появились в начале 80-х годов благодаря компании IBM, и просуществовали до 1996 года. Давайте рассмотрим их принцип действия по структурной схеме:
Структурная схема блока питания AT
Сетевое напряжение поступает в блок питания через фильтр электромагнитных помех, который препятствует распространению высокочастотных помех от импульсного преобразователя в питающую сеть. За ним следует выпрямитель и сглаживающий фильтр, на выходе которого получаем постоянное напряжение 310 В. Это напряжение поступает на полумостовой инвертор, который преобразует его в прямоугольные импульсы и подаёт на первичную обмотку понижающего трансформатора T1.
Напряжения со вторичных обмоток трансформатора поступают на выпрямители и сглаживающие фильтры. В итоге, на выходе мы получаем необходимые постоянные напряжения.
При подаче питания, в начальный момент, инвертор запускается в режиме автогенерации, а после появления напряжений на вторичных выпрямителях, в работу включатся ШИМ-контроллер (TL494), который синхронизирует работу инвертора, подавая запускающие импульсы в базы ключевых транзисторов через развязывающий трансформатор T2.
В блоке питания используется широтно-импульсное регулирование выходного напряжения. Для увеличения напряжения на выходе, контроллер увеличивает длительность (ширину) импульсов запуска, а для уменьшения - уменьшает.
Стабилизация выходного напряжения в таких блоках питания часто осуществляется только по одному выходному напряжению (+5 В, как самому важному), иногда по двум (+5 и +12), но с приоритетом +5 В. Для этого, на вход компаратора контроллера (вывод 1 TL494, через делитель) поступает выходное напряжение. Контроллер подстраивает ширину импульсов запуска, для поддержания этого напряжения на необходимом уровне.
Также, блок питания имеет систему защиты 2 видов. Первую - от превышения суммарной мощности и короткого замыкания, и вторую, от перенапряжения на выходах. В случае перегрузки, схема останавливает работу генератора импульсов в ШИМ-контроллере (подавая +5 В на вывод 4 TL494).
Кроме того, блок питания содержит узел (на схеме не показан), формирующий на выходе сигнал POWER_GOOD («напряжения в норме»), после выхода блока питания на рабочий режим, разрешающий запуск процессора в компьютере.
Блок питания AT (PC/XT, PS/2) имеет всего 12 основных проводов для подключения к материнской плате (2 разъёма по 6 контактов). В 1995 году компания Intel с ужасом обнаружила, что существующие блоки питания не справляются с возросшей нагрузкой, и ввела стандарт на 20-ти/24-контактный разъём. Кроме того, мощности стабилизатора +3,3 В на материнской плате для питания процессора также перестало хватать, и его перенесли в блок питания. Ну и Microsoft, ввела в операционную систему Windows, режимы управления питанием Advanced Power Management (APM)… Так, в 1996 году появился современный блок питания ATX.
Рассмотрим отличия блока питания ATX от старых AT по его структурной схеме:
Структурная схема блока питания ATX
Режим Advanced Power Management (APM) потребовал отказаться от сетевого выключателя и ввести в блок питания второй импульсный преобразователь - источник дежурного напряжения +5 В. Этот маломощный блок питания работает всегда, когда сетевая вилка включена в сеть. Первичное напряжение на него поступает от того же выпрямителя и фильтра, что и на основной инвертор.
Кроме того, питание на ШИМ-контроллер в ATX поступает от этого же дежурного источника (не стабилизированные 12 — 22 В), а автозапуск инвертора отсутствует. Поэтому, блок питания стартует только при наличии импульсов запуска от контроллера. Включение основного блока питания осуществляется включением генератора импульсов ШИМ-контроллера сигналом PS_ON (замыканием его на массу) через схему защиты.
Вот, и все основные отличия.
Как выбрать блок питания для переделки?
Как известно, блоки питания изготавливаются в Китае. А это может повлечь за собой отсутствие некоторых компонентов, которые они сочли «лишними»:
1. На входе может отсутствовать фильтр электромагнитных помех. Самое главное в фильтре - это дроссель, намотанный на ферритовом кольце. Обычно, его прекрасно видно сквозь лопасти вентилятора. Вместо него могут оказаться проволочные перемычки. Наличие фильтра - косвенный признак качественного блока питания!
Элементы фильтра электромагнитных помех
2. Также, нужно посмотреть на размер понижающего трансформатора (тот который побольше). 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.
3. Для проверки работоспособности блока питания подключите к нему нагрузку. Я использую автомобильные лампы фар мощностью 50 - 55 Вт напряжением 12 В. Обязательно одну подсоедините к цепи +5 В (красный провод), а вторую, к цепи +12 В (жёлтый провод). Включите блок питания. Отсоедините разъём вентилятора (или, если на нём сэкономили китайцы, просто остановите рукой). Блок питания не должен пищать.
Спустя минуту отключите его от сети и пощупайте рукой температуру радиаторов и дросселя групповой фильтрации в фильтре вторичных напряжений. Дроссель должен быть холодный, а радиаторы тёплыми, но не раскалёнными!
Я использовал блок питания 1994 года выпуска мощностью 230 Вт - тогда ещё не экономили.
Переделка блока питания
Начать нужно с чистки блока питания от пыли. Для этого отсоедините (отпаяйте) от платы сетевые провода и провода к переключателю 110/220 - он нам больше не понадобится, т.к. в положении 220 В выключатель разомкнут. Выньте плату из корпуса. Пылесос, жёсткая кисточка, и вперёд!
Далее, нужно попытаться найти электрическую принципиальную схему вашего блока питания, или хотя бы максимально на неё похожую (отличаются они не существенно). Она вам поможет ориентироваться в номиналах «отсутствующих» компонентов. Я не исключаю, что, как и мне, вам придётся некоторые узлы срисовывать с платы.
Схема фильтра электромагнитных помех, выпрямителя и фильтр первичного напряжения, и инвертора после переделки
Номиналы заменяемых компонентов на схеме выделены красным цветом. У вновь устанавливаемых компонентов, красным цветом выделены позиционные обозначения.
1. Проверьте наличие всех конденсаторов и дросселя в фильтре электромагнитных помех. При отсутствии - установите их (у меня отсутствовал только C2). Я также установил второй, дополнительный фильтр помех, выполненный в виде гнезда для подключения сетевого шнура.
2. Посмотрите типы используемых диодов в выпрямителе (D1 - D4). Если там стоят диоды с током до 1 А (например, 1N4007) - замените их минимум на 2-х амперные, или установите диодный мост. У меня стоял 2-х амперный мост.
3. В подавляющем большинстве блоков питания в фильтре первичного напряжения установлены конденсаторы ёмкостью не более 200 мкФ (С5 - С6). Для отдачи полной мощности, замените их конденсаторами ёмкостью 470 - 680 мкФ, подходящими по размерам, напряжением не менее 200 В. Предпочтение следует отдавать группе 105°C.
4. Транзисторы в полумостовом инверторе (Q1, Q2) могут быть самые разнообразные. В принципе, большинство из них греется не криминально. Для снижения нагрева, их можно заменить на более мощные - например, 2SC4706, установив их на радиатор, через изолирующие прокладки. Я пошёл ещё дальше и заменил оба радиатора на более эффективные.
5. В процессе испытания блока питания под максимальной нагрузкой, у меня нагрелся и лопнул конденсатор С7 (обычно это 1 мкФ 250 В). Этот конденсатор не должен греться вообще. Я думаю, он был неисправен, но заменил его всё же на 2,2 мкФ 400 В.
Теперь рассмотрим структурную схему переделанного блока питания:
Структурная схема лабораторного блока питания
Для модификации нам потребуется удалить все вторичные выпрямители, кроме одного (правда, заменив в нём почти все компоненты), переделать схему защиты, добавить схему управления, шунт и измерительные приборы. Элементы схемы POWER_GOOG можно удалить. Теперь подробнее.
Для снятия выходного напряжения используется 12-ти вольтовая обмотка понижающего трансформатора T1. А вот, выпрямитель и фильтр удобнее монтировать на месте 5-ти вольтового - там больше места под диоды и конденсаторы.
Выпрямитель вторичных напряжений и фильтр, после переделки должны выглядеть следующим образом:
Схема выпрямителя вторичных напряжений после переделки
1. Выпаяйте все элементы выпрямителей и фильтров +5, +12 и -12 В. За исключением демпферных цепочек R1, C1, R2, С2 и R3, C3 и дросселя L2. Впоследствии, при выходном напряжении порядка 20 В я заметил нагрев резистора R1 и заменил его на 22 Ом.
2. Отрежьте дорожки, ведущие от 5-ти вольтовых отводов обмотки трансформатора T1 к диодной сборке выпрямителя +5 В, сохранив при этом её соединение с диодами выпрямителя -5 В (он нам ещё понадобится).
3. На месте диодной сборки выпрямителя +5 В (D3) установите сборку на диодах Шоттки на ток 2х30 А и обратное напряжение не менее 100 В, например, 63CPQ100, 60CPQ150. (Штатная 5-ти вольтовая сборка диодов имеет обратное напряжение всего 40 В, а штатные диоды в выпрямителе 12 В рассчитаны на слишком слабый ток - их использовать нельзя.) Эта сборка практически не греется при работе.
4. Соедините толстыми проволочными перемычками выводы 12-ти вольтовой обмотки с установленной диодной сборкой. Демпферные цепи R1, C1, подключенные к этой обмотке, сохранены.
5. В фильтре, вместо штатных, установите электролитические конденсаторы (C5, C6) ёмкостью 1000 - 2200 мкФ на напряжение не менее 25 В. А также добавьте керамические конденсаторы C4 и C7. Установите вместо штатного, нагрузочный резистор 100 Ом, мощностью 2 Вт.
6. Если в процессе проверки блока питания под нагрузкой, дроссель групповой фильтрации (L1) не нагревался, то его достаточно перемотать. Смотайте с него все обмотки, считая витки. (Обычно, 5 В обмотки содержат 10 витков, а 12 В - 20 витков.) Намотайте новую обмотку двумя проводами, сложенными вместе диаметром 1,0 - 1,3 мм (аналогично штатной 5-ти вольтовой) и числом витков 25-27.
Если же дроссель грелся, то его сердечник испорчен (есть такая проблема у порошкового железа - «спекается») то придётся искать новый сердечник из порошкового железа (не ферритовый!). Мне пришлось купить кольцевой сердечник белого цвета чуть большего диаметра и намотать новую обмотку. Вообще не греется.
7. Дроссель L2 остаётся штатный, от 5-ти вольтового фильтра.
8. Для питания вентилятора используется 5-ти вольтовая обмотка, и разводка выпрямителя -5 В, которую переделываем в +12. Диоды используются штатные, от выпрямителя -5 В (D1, D2), их необходимо запаять обратной полярностью. Дроссель уже не нужен - запаяйте перемычку. А на место штатного конденсатора фильтра, установите конденсатор ёмкостью 470 мкФ 16 В, естественно, обратной полярностью. Бросьте перемычку от выхода фильтра (бывш. -5 В), к разъёму вентилятора. Непосредственно около разъёма, установите керамический конденсатор C9. Напряжение на вентиляторе у меня составляет +11,8 В, при малых токах нагрузки оно снижается.
9. В цепи питания ШИМ-контроллера (Vcc), необходимо увеличить ёмкости конденсаторов фильтров C10 и C11. Напряжение с конденсатора C10 (Vdd) используется для питания цифровых амперметра и вольтметра.
Схема защиты по превышению суммарной мощности остаётся без изменений. Изменяется только схема защиты от перенапряжения на выходе. Вот, окончательная схема:
Схема блока защиты после переделки
При увеличении нагрузки на инверторе свыше допустимой, увеличивается ширина импульсов на среднем выводе развязывающего трансформатора T2. Диод D1 детектирует их, и на конденсаторе C1 увеличивается отрицательное напряжение. Достигнув определённого уровня (примерно -11 В), оно открывает транзистор Q2 через резистор R3. Напряжение +5 В через открытый транзистор поступит на вывод 4 контроллера, и остановит работу его генератора импульсов. В вашем блоке питания такая защита может быть организована иначе. В любом случае, трогать её не нужно.
Из схемы выпаиваются все диоды и резисторы, подходящие от вторичных выпрямителей к базе Q1, и устанавливается стабилитрон D3 на напряжение 22 В, например, КС522А, и резистор R8.
В случае аварийного увеличения напряжения на выходе блока питания выше 22 В, стабилитрон пробьётся и откроет транзистор Q1. Тот в свою очередь откроет транзистор Q2, через который на вывод 4 контроллера поступит напряжение +5 В, и остановит работу его генератора импульсов.
Осталось собрать схему управления, и подключить её к ШИМ-контроллеру.
Схема управления представляет собой два усилителя (тока и напряжения), которые подключаются к штатным входам компараторов ошибки контроллера. Их у него 2 (выводы 1 и 16 TL494) и работают они по ИЛИ. Это и позволяет получить как стабилизацию напряжения, так и тока. Окончательная схема блока управления:
Схема блока управления
На операционном усилителе DA1.1 собран дифференциальный усилитель в цепи измерения напряжения. Коэффициент усиления подобран таким образом, что при изменении выходного напряжения блока питания от 0 до 20 В (с учётом падения напряжения на шунте R7), на его выходе сигнал меняется в пределах 0…5 В. Коэффициент усиления зависит от соотношения сопротивлений резисторов R2/R1=R4/R3.
Обратите внимание: для корректного измерения напряжения, резисторы R1 и R3 подключены отдельными тонкими проводами непосредственно к присоединительным клеммам выходного напряжения.
На операционном усилителе DA1.2 собран усилитель в цепи измерения тока. Он усиливает величину падения напряжения на шунте R7. Коэффициент усиления подобран таким образом, что при изменении тока нагрузки блока питания от 0 до 10 А, на его выходе сигнал меняется в пределах 0…5 В. Коэффициент усиления зависит от соотношения сопротивлений резисторов R6/R5.
В качестве датчика тока (R7) я использовал стандартный измерительный шунт 75ШИП1500.5 с довольно низким сопротивлением - 1,5 мОм. Поэтому, в цепь измерения я включил ещё и соединительные провода, которыми присоединяется шунт. Это позволило отказаться от дифференциального усилителя и снизить количество проводов. Резистор R5 подключен непосредственно к общему проводу вблизи операционного усилителя, а неинвертирующий вход (вывод 5) подключен к тому же проводу (от R3), идущему к отрицательной клемме.
Измерительный шунт 75ШИП1500.5
При использовании шунта с другим сопротивлением и при другой длине присоединительных проводов, потребуется подобрать резистор R5 таким образом, чтобы максимальный ток стабилизации соответствовал 10 А.
Сигналы с обоих усилителей (напряжения и тока) подаются на входы компараторов ошибки ШИМ-контроллера (выводы 1 и 16 DA2). Для установки необходимых значений напряжения и тока, инвертирующие входы этих компараторов (выводы 2 и 15 DA2) подключены к регулируемым делителям опорного напряжения (переменные резисторы R8, R10). Напряжение +5 В для этих делителей снимается с внутреннего источника опорного напряжения ШИМ-контроллера (вывод 14 DA2).
Резисторы R9, R11 ограничивают нижний порог регулировки. Конденсаторы C2, C3 устраняют возможный «шум» при повороте движка переменного резистора. Резисторы R14, R15 также установлены на случай «обрыва» движка переменного резистора.
На операционном усилителе DA1.4 собран компаратор для индикации перехода блока питания в режим стабилизации тока (LED1).
В схеме я использовал счетверённый операционный усилитель LM324A, но можно использовать и другие, работающие в широком диапазоне питающих напряжений, например, два сдвоенных LM358. Питание на него (Vcc) подаётся от цепи питания ШИМ-контроллера (от вывода 12 DA2) которое варьируется в пределах 5…25 В, в зависимости от выходного напряжения блока питания.
Элементы регулировки R8 - R11, а также конденсаторы C2 и C3 расположены на небольшой плате, привинченной к передней панели блока питания. Все остальные элементы схемы расположены на свободном месте печатной платы блока питания.
Для подключения усилителей к ШИМ-контроллеру (DA2), нужно предварительно отпаять от него все штатные компоненты, идущие к выводам 1, 2, 3, 15 и 16.
Для измерения и отображения выходного напряжения и тока я использовал готовые цифровые вольтметр и амперметр, подключенные по схеме согласно прилагаемой к ним инструкции. Питание на них подаётся с конденсатора C10 (см. схему вторичных выпрямителей). Если в вашем распоряжении окажется блок питания ATX с источником дежурного питания, то питание на измерители (Vdd) подавайте от этого источника - он имеет выход нестабилизированного напряжения +12 — 22 В.
Для подключения этих приборов удобно использовать разъёмы для Floppy дисководов, имеющиеся на штатных проводах блока питания AT.
Обратите внимание, что измерительные выводы вольтметра присоединяются отдельными тонкими проводами непосредственно к выходным клеммам блока питания. А измерительные выводы амперметра - непосредственно к измерительным контактам шунта.
Часть штатного металлического корпуса (дно и боковая стенка) блока питания в моей конструкции выполняет роль шасси для платы и для шунта.
Для снижения уровня высокочастотных помех, непосредственно на выходных клеммах расположены керамические конденсаторы ёмкостью 1 мкФ (C6, C7 на схеме блока управления).
 |
 |
 |
 |
Для своего блока питания я использовал готовый корпус с ручкой для переноски. Для охлаждения используется вентилятор Ø50 мм. Он гонит воздух внутрь корпуса. Для этого в корпусе было вырезано необходимое отверстие напротив радиаторов, а на противоположной стороне и задней стенке, высверлены отверстия для выхода воздуха. Идеи оформления зависят только от вашего вкуса.
Если вы намереваетесь использовать такой блок питания для радиостанций, то я настоятельно рекомендую сохранить в конструкции штатный металлический корпус - он отлично экранирует и снижает уровень электромагнитных помех, излучаемых инвертором.