Вы просматриваете: Главная > Вопросы авто > Второй вариант лабораторного блока питания из БП ATX
Post Icon

Второй вариант лабораторного блока питания из БП ATX

Опубликовано в Вопросы авто
26 Окт 2011

Второй вариант лабораторного блока питания из БП ATX

Обращение отправится о технологии переделки компьютерного блока питания (БП) в лабораторный БП.

Три года назад я разместил статью «Лабораторный блок питания из БП АТ», к которой читатели показали громадный интерес! Стоит лишь заявить, что повторивших данный БП уже более 20 человек! Да не у всех оказалось всё сходу, но я отвечал на комментарии к статье, помогая понять сущность проблемы.

В итоге радость от трудящегося БП взяли все!

Желаю сообщить огромное благодарю моим читателям, что задавали вопросы! Во-первых, мои ответы на комментарии превратились в кладезь знаний для всех! Как раз исходя из этого, я просил писать вопросы в статье, а не в личной переписке. Во-вторых, вы помогли мне усовершенствовать данную конструкцию!

Ещё раз всем благодарю, кто задавал вопросы и высказывал предложения по усовершенствованию.

Отдельная признательность Юрию Вячеславовичу Evergreen747, что наравне со мною оказывает помощь отвечать на ваши бессчётные вопросы!

Тот блок питания делался много лет назад (намного раньше, чем была написана первая статья!). К тому же я переделал всего один экземпляр БП AT, и не было возможности собрать статистики по проблемам, каковые смогут встретиться в других вариантах таких блоков. Вы же мне сильно помогли это сделать.

Недочёты первой конструкции лабораторного БП, в первую очередь, связаны с отсутствием дежурного источника питания. Это выражается в том, что БП не держит низкое напряжение на выходе при малых токах нагрузки. Типично на холостом ходу выставить напряжение ниже 5…8 В не удаётся. Второе – это неустойчивая работа в режиме стабилизации тока, в особенности в момент перехода из режима стабилизации напряжения: появляется пульсация выходного напряжения, время от времени сопровождающаяся треском либо писком…

Тот блок питания замечательно подходит для питания замечательных зарядки и потребителей аккумуляторных батарей, но для работы с маломощной электроникой, требующей низкого напряжения питания – он мало грубоват. Исходя из этого я сделал новый блок питания, внеся доработки, а ветхий перевёл на «постоянную работу» в гараж.

Новый вариант БП

Всё предстоящее повествование будет основано на том, что вы прекрасно изучили первую статью о переделке БП AT – я повторяться не буду, а поведаю только о модификациях прошлой конструкции с практической стороны на примере создания нового БП. Так что кто не просматривал – идите по ссылке и изучайте. Первая статья для вас так и обязана остаться «библией»!

Итак, разгребая хлам на работе, заинтересовал меня один БП ATX 400W: он не из самых современных, а выполнен на простой TL494 (то, что нам необходимо!), схема защиты – на LM339 (хорошо), у него добротный фильтр по питанию, большой трансформатор, громадная ёмкость конденсаторов в фильтре (470 мкФ 200 В), и солидные радиаторы – что давало слово вправду хорошую выходную мощность. Его я и препарировал!

Новый блок питания

Начал, конечно, с пылесоса… После этого, внимательнее изучил внутренности: выполнен он весьма добротно – все входные цепи, выпрямитель сетевого напряжения, конденсаторы фильтра, силовые транзисторы преобразователя (MJE13009) уже стоят «по максимуму», значит умощнять его не будет необходимо.

По окончании включил его, нагрузив цепи +5V и +12V лампочками 12 В 35 Вт (весьма комфортно применять миниатюрные галогеновые лампочки для люстр – они без неприятностей втыкаются прямо в разъёмы Mini-Fit) – трудится! За 60 секунд работы с таковой нагрузкой при отключенном вентиляторе ничего не нагрелось – превосходно.

Потом начал искать его принципиальную схему. Взглянул главные моменты слаботочной части: хоть в нём и стоят две самые распространённые для БП ATX микросхемы (TL494 и LM339), но схема включения LM339 очень сильно отличалась (их вправду большое количество вариантов). Защита по мощности через диод от среднего отвода запускающего трансформатора вела именно к ней, а нам необходимо её сохранить!

Ничего ужасного – начал срисовывать данный кусок схемы с печатной платы. Хуже нет копаться в чужом монтаже…

Срисованный монтаж с платы
Нарисованная принципиальная электрическая схема.

К сожалению, не все позиционные номера элементов удалось заметить на плате. Но роли это не играется

Ага, защита по превышению мощности выполнена на первом компараторе LM339, второй компаратор есть триггером (защёлкой) и на него же заведена защита от перенапряжения. Выход защиты заведён на выв. 4 TL494 (что нам и необходимо!). На двух оставшихся компараторах сделана индикация Power_Good.

Схема включения БП (PS_ON) выполнена на двух транзисторах и кроме этого заведена на выв. 4. Успешная схема! Сейчас светло что покинуть, а что сохранить:

Красным обведено то, что требуется сохранить. Другое я выпаял

В этом случае мне повезло: схема защиты по мощности трудится через выв. 4 TL494. Но если вы пристально взглянуть на схему входных цепей защиты, то заметите, что сигнал со среднего вывода запускающего трансформатора через R20 и D22 поступает на два делителя напряжения, и первый из них (на резисторах 47 и 6,2 кОм) заведён кроме этого и на выв.

16 TL494, что нам необходимо высвободить. В этом случае это неотёсанная «аварийная защита», дублирующая схему на компараторах LM339 и её возможно нормально убирать, выпаяв данный делитель.

Входные цепи схемы защиты по мощности

Второй же делитель (R48–R50), перед входом компаратора (выв. 7 LM339) необходимо перевоплотить в регулируемый, для возможности настройки порога срабатывания защиты. Для этого возможно заменить постоянный резистор в любом из его плеч на подстроечный с номиналом в 2 раза больше.

Я заменил резистор верхнего плеча (47 кОм) на подстроечный 100 кОм.

В схеме защиты от перенапряжения достаточно заменить стабилитрон ZD3, подключенный к цепи +12V на КС522А. Кстати, для проверки работоспособности данной защиты достаточно закоротить стабилитрон пинцетом – БП обязан выключиться.

В случае если в вашем БП схема защиты выполнена с применением второго компаратора TL494 (выв. 15 и 16), что нам необходимо высвободить для петли регулировки тока – то советую собирать самую распространённую и многократно проверенную схему защиты на двух транзисторах. Вот полная схема БП в хорошем разрешении, в котором употребляется эта схема защиты. А вот, что должно остаться от защиты:

Несложная схема защиты от перегрузки на двух транзисторах. Подстроечным резистором 33 кОм выставляется порог срабатывания защиты.

Сигнал берётся от среднего вывода трансформатора T2, через диод D22 и потом по цепочке поступает на базу Q10. А с коллектора Q8 через диод D29 поступает на выв. 4 TL494.

Кроме этого на базу Q10 заведена защита от перенапряжения с выхода выпрямителя: стабилитрон КС522А и резистор 1-1,5 кОм включенные последовательно.

Что касается фильтра и выпрямителя выходного напряжения, то тут меня кроме этого ожидала успех: выпрямитель +12V имел разводку на плате для размещения двух выпрямительных диодных сборок параллельно (зеркально, с каждой стороны радиатора) в корпусе TO-220. В схеме фильтра уже находился второй дроссель (на ферритовом стержне) и имелось достаточное место для установки электролитических конденсаторов вместо штатных. Значит, делаем фильтр на его же месте, в соответствии с рекомендациями в первой статье.

Диодные сборки для выпрямителя подобрал SBR20100CT (20 А, 100 В, корпус TO-220) из имеющихся дома от вторых компьютерных БП. Установил два корпуса в параллель, как это и разрешала печатная плата.

Дроссель групповой фильтрации я выпаял, и смотал с кольца родные обмотки (обмотка +12V содержала 12 витков). По окончании намотал новую обмотку эмалированным проводом O1,0 мм на этом же кольце – 25 витков в два провода, сложенных совместно — всё, как рекомендовано в первой статье. Это, именно 2 слоя намотки: на внешней стороне кольца витки второго слоя находятся между витками первого слоя.

Мотать советую «от середины» к каждому финишу обмотки – так меньше финиши проводов каковые необходимо пропускать через кольцо. Провод нужно хорошо натягивать, что бы он хорошо прилегал к кольцу.

Прекрасно видны элементы выпрямителя. Дроссель выглядит как заводской – это я его обернул самоклеящейся лентой от штатного дросселя…

У меня имеется большое количество конденсаторов с промышленных плат 1500 мкФ 35 В – их я и поставил в фильтр вместо штатных. В принципе, таковой ёмкости уже достаточно. Кроме этого добавил керамические конденсаторы параллельно им, и установил резистор 100 Ом 2 Вт для устойчивой работы БП без внешней нагрузки.

Данный резистор должен быть поднят над платой на всю длину его выводов – он может нагреваться при установке предельных значений напряжения.

Единственное, что необходимо не забыть сделать в БП ATX – это убрать цепь вольтдобавки от выпрямителя +12V, которая питает микросхему ШИМ TL494 (выв. 12). В большинстве случаев это диод либо диод последовательно с резистором в пара Ом. В отличие от штатной схемы – выходное напряжение отечественного БП будет регулируемым, и эта цепь лишь добавит нестабильности питания для ШИМ. Пульсации на выходе от этого возрастают.

Пускай ШИМ питается лишь от дежурного источника.

Начал просматривать ещё раз схемы на сайте и наткнулся на схему подобного БП… Не редкость! Ничего общего в заглавии, но отличие только в порядке нумерации элементов на значениях и плате ёмкости громадных электролитических конденсаторов (не страно, схема от БП мощностью 300 Вт) – другое один в один. Покажу и на примере всей схемы, что было удалено, а что покинуто.

Схема БП ATX-300P4-PFC
Окончательная схема по окончании переделки – то, что должно в итоге остаться на плате.

Красным выделены заменённые элементы. Кое-какие моменты, отображённые тут, я поясню ниже

И без того, силовая (высоковольтная) часть у нас в порядке. Выходной фильтр и выпрямитель подготовлен. Защита от перенапряжения и превышения мощности имеется.

Схема выключения БП выпаяна. Осталось сделать схему управления.

На этом этапе советую испытать БП

Это распознает вероятные неточности в переделанной части, разрешит определиться с большой нагрузочной свойством БП, проверить температурный режим его элементов, и работу схемы защиты. Вы станете всецело уверены в полной работоспособности БП до установки платы управления.

Для этого необходимо подключить несложный делитель напряжения из двух резисторов (15 и 4,7 кОм) и потенциометр (10…50 кОм) к первому компаратору TL494 (выв. 1 и 2), как продемонстрировано на схеме ниже. Дабы исключить влияние второго компаратора, выв.

16 необходимо заземлить, а на выв. 15 подать маленькое напряжение. В некоторых БП это уже сделано – так что не спешите резать эти цепи! В моём БП в штатной схеме на выв. 15 было уже подано +5 В, а выв.

16 остался заземлён через резистор 6,2 кОм от бывшего делителя.

Схема включения БП для тестирования

Пробное включение в сеть производите через лампу накаливания 220 В 100 Вт, включенную вместо предохранителя. Это разрешит избежать выхода из строя силовых транзисторов. При превышения тока, лампа , сохранив дорогостоящие транзисторы.

Конечно, БП запитанный через лампочку не разрешит нагрузить его, так что опробование под нагрузкой необходимо создавать уже без лампочки.

Сделайте пробное включение. В случае если БП не запускается, то контролируйте сперва наличие напряжения 300…310 В на конденсаторах сетевого выпрямителя, после этого наличие напряжения питания +12 В (либо выше), которое поступает от источника дежурного напряжения на вывод 12 TL494, и после этого отсутствие напряжения на выв. 4 – если оно в том месте присутствует, то значит, защита запрещает работу ШИМ.

В случае если неточностей нет – то выходное напряжение будет медлено регулироваться потенциометром в диапазоне от 0 до 20…21 В. В случае если это так, то возможно отключать лампочку, ставить предохранитель обратно и переходить к опробованиям БП под нагрузкой.

Но сперва позаботьтесь об охлаждении силовых элементов! Вентилятор возможно расположить сбоку от радиаторов, что бы он их прекрасно продувал. Питание на вентилятор возможно забрать от дежурного источника (с выхода выпрямителя, питающего TL494), убедившись, что в том месте, около 12 В.

В качестве нагрузки БП я использую толстую (около 1 мм) нихромовую проволоку, подсоединяясь к ней «крокодилами». Сопротивление меняю – изменяя расстояние между точками подключения – получается хороший реохорд. Достаточно 2 м длины. Проволока будет накаляться (время от времени докрасна) – так что позаботьтесь, дабы она вольно висела не соприкасалась с окружающими предметами.

При нагрузках более 10 А, я использую две сложенные совместно проволоки.

Нагружайте БП неспешно, осуществляя контроль ток и напряжение! Смотрите за нагревом силовых элементов. Лучший вариант – в то время, когда при предельных мощностях радиатор с силовыми транзисторами, радиатор с выпрямительными диодами и дроссель на кольце нагреваются приблизительно в равной степени.

Помните, что радиатор силовых транзисторов находится под потенциалом сети питания!

Большинство компьютерных БП тянет ток 10 А при напряжении 20 В, т.е. 200 Вт мощности по бывшей 12V обмотке. Лучший вариант – осуществлять контроль осциллографом скважность импульсов на вторичной обмотке.

Пределом нужно считать приблизительно 90% заполнение (не опасайтесь, 100% не позволит выставить логика работы TL494). У моего БП предельная мощность по данной обмотке составила 250 Вт. Порог срабатывания защиты я настроил на 220…230 Вт.

Ничего себе значения!

Нагрев элементов был не столь значительный и я отправился дальше. Попытался нагрузить БП током 20 А при напряжении 10 В (те же 200 Вт) – диоды выпрямителя и дроссель стали греться больше, но терпимо. И тогда я решил сделать предел регулировки тока 20 А. Это разрешит в диапазоне выходных напряжений от 0 до 10 В нагружать БП током 20 А. Выше этого напряжения предельный ток будет спадать (это ограничит нам схема защиты по перегрузке) до отметки 10 А при 20 В. К примеру, при напряжении 14 В блок может дать в нагрузку ток 16 А, что весьма заманчиво!

Нагрузочная черта БП. Красная заштрихованная область – область выхода за предельную выходную мощность

Многие жалуются на писк и треск, при токах нагрузки и определённых напряжениях. Испытывая на данный момент на разных нагрузках я также с этим столкнулся и решил глубже изучить данный вопрос.

Писк – это самовозбуждение в петле регулировки выходного напряжения: от выходной "+" клеммы, до выв. 1 TL494 (включая внутренний компаратор в ней, т.е. как бы до выв. 3 TL494).

Самовозбуждение проявляется возникновением пульсаций напряжения на выходных клеммах БП, что замечательно видно осциллографом. В первую очередь, это связано с цепочками отрицательной обратной связи (ООС) между выв. 2 и 3 и выв. 15 и 3, каковые определяют коэффициент усиления в петле регулировки.

В собственной первой конструкции я оттуда выкинул резисторы, а напрасно!

Необходимо сохранить штатную цепочку между выв. 2 и 3 TL494. У меня в ветхой схеме (конденсатор 0,1 мкФ) не лучший вариант, необходимо поставить в том направлении конденсатор в районе 0,022…0,047 мкФ и резистор 33…68 кОм, включенные последовательно. Резистор необходимо подобрать по минимуму самовозбуждения (писка).

Вместо резистора я ставил подстроечный 100 кОм, и загоняя БП в режим большого «писка» (подбирая тока выходного нагрузки и сочетание напряжения БП), меняя сопротивление этого резистора обнаружил минимум (несложнее наблюдать осциллографом амплитуду пульсаций на выходе БП). У меня, к примеру, совершенная цепочка оказалась при сочетании 0,033 мкФ и 43 кОм.

Позднее, подобно я подобрал и номиналы в петле ООС регулировки тока – RC цепочку между выв. 15 и 3 TL494. У меня совершенная цепочка оказалась при сочетании 0,15 мкФ и 4,7 кОм.

Конденсаторы этих цепочек должны различаться по ёмкости, в противном случае, при однообразных цепочках, появляется самовозбуждение на границе перехода из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока – компараторы в TL494 начинают как бы «бороться» между собой, кому из них регулировать напряжение на выходе.

Кроме этого обстоятельством самовозбуждения являются просадки напряжения по проводнику массы на плате между минусом выходного питания и выпрямителем напряжения TL494. Пробуйте соединить маленькой толстой перемычкой (провод сечением не меньше 1,5 мм?) средний вывод вторичной обмотки трансформатора (косичку), сидящий на земле, с почвой вблизи выв. 7 микросхемы TL494. Кроме этого точка, куда припаивается провод почвы от тока и регулировки переменных резисторов напряжения должна быть выбрана вблизи выв.

7. Диагностику лучше делать прямо на ходу: берёте кусок провода сечением 2,5 мм? длиной сантиметров 10-12, изгибаете дугой и пробуете соединять эти точки между собой.

Ну и третье – это наводки на провода цепи регулировки выходного напряжения от трансформатора – попытайтесь повесить конденсатор 0,01 мкФ между выв. 2 и 7 (почва). Делайте как раз в этом порядке!

Т.к. время от времени, установка перемычки, к примеру, всецело убирает самовозбуждение, и затем RC цепочку ООС уже не подобрать по минимуму.

В итоге я снизил размах пульсаций при токе нагрузки 10 А и напряжении 20 В в режиме стабилизации напряжения ниже 5 мВ, и в режиме стабилизации тока ниже 15 мВ. Это высокие показатели!

Плата управления

По окончании опробования БП возможно переходить к сборке платы управления. В первом варианте я отказался от применения дифференциального усилителя в петле регулировки тока, чтобы уменьшить количество проводов. А напрасно! Коэффициент стабилизации тока был низким, плюс падение напряжения на проводах почвы дополнительно вносило погрешность. Исходя из этого в новой схеме я включил оба операционных усилителя (ОУ) по дифференциальной схеме.

Требования к типу ОУ остаются прошлыми, как написано в первой статье.

Усилитель в цепи регулировки напряжения (DA1.1) остался неизменным. При указанных номиналах резисторов (R1=R3 и R2=R4) предел регулировки напряжения соответствует 20,0 В. Для правильной работы дифференциального усилителя необходимо сохранять равенство этих сопротивлений в парах. Резисторы с номиналом 4,9 кОм составлены из двух, включенных последовательно (к примеру, 3,9 и 1 кОм, либо 4,7 Ом и 200 ком и т.п.).

Схема нового блока управления

Усилитель в цепи регулировки тока собран по подобной дифференциальной схеме включения ОУ (DA1.2), что требует подключения его входов отдельными узкими проводами конкретно к клеммам шунта. Амперметр я применял прошлый SAH0012R-50, исходя из этого шунт остался совершенно верно таким же 75ШИП1-50-0.5 с сопротивлением 1,5 миллиОма. Наряду с этим шунте и указанных в схеме номиналах резисторов (R5=R7 и R6=R8) предел регулировки тока образовывает 20 А. Дабы уменьшить предел регулировки тока до 10 А необходимо уменьшить сопротивление резисторов R5, R7 до 110 Ом.

При применения амперметра с другим шунтом, отличающимся по сопротивлению, дабы задать верхний предел регулировки тока, потребуется поменять сопротивление резисторов R5 и R7 (либо R6 и R8), сохраняя равенство их сопротивлений между собой.

Индикацию перехода в режим стабилизации тока я перенёс в цепь регулировки напряжения, поменяв входы компаратора (DA1.4) между собой. В принципе – это не принципиально…

индикации и Элементы регулировки, расположенные на передней панели

Как и в прошедшей конструкции, тока и регулировки переменные резисторы напряжения (R10 и R11), и R12–R14, C2 и C3 расположены на отдельной плате, расположенной на передней панели корпуса. Файл платы в формате Sprint-Layout возможно скачать от ко мне. Цепочки C4, R15 (штатная) и C5, R16 расположены на плате БП вблизи микросхемы TL494. Другое расположено на отдельной плате, которую возможно скачать от ко мне.

Монтаж выполнен на SMD элементах.

Желаю ещё раз выделить, что питание и почву на схему управления необходимо брать от точек на плате БП в близи от выв. 12 и 7 TL494. Почва к переменным резисторам напряжения и регулировки тока на передней панели кроме этого обязана браться вблизи выв. 7 TL494.

Корпус переменных резисторов должен быть заземлён.

Дежурный источник питания

Сейчас поболтаем о внутреннем питании ШИМ, платы управления, вольтметра, вентилятора и амперметра. В принципе, суммарный потребляемый ток этих элементов не большой – его замечательно потянет дежурный источник питания. Но необходимо учитывать импульсный темперамент нагрузки, что имеет, в первую очередь, вентилятор, и измерительные устройства (за счёт динамического режима работы светодиодных цифровых индикаторов).

Пульсации в цепи питания ШИМ и платы управления нам ни к чему, исходя из этого их необходимо развязать между собой.

Я отправился ещё дальше: дежурный источник питания имеет два выхода: стабилизированный +5V_SB и второй, напряжением около 12 В, что стабилизирован параметрически (косвенно). Первый нам не нужен, а употребляется, именно второй! Исходя из этого я перенёс цепи стабилизации напряжения с выхода +5V_SB на второй выход и настроил их на напряжение 12 В. (В случае если вам необходимо для каких-либо целей +5 В, то возможно установить интегральный стабилизатор LM7805 от данной цепи.)

Схема организации внутреннего питания от дежурного БП: слева, как было, справа, как стало. Красным цветом выделены номиналы, каковые требуется поменять

Как видите, я применял схему разводки фильтра питания цепи +5V_SB, которая содержит дроссель и второй электролитический конденсатор. Выпрямительный диод я применял кроме этого от данной же цепи, его анод к второму выводу обмотки!

С первого конденсатора фильтра берёт питание вентилятор. По окончании дросселя, со второго конденсатора фильтра берут питание вольтметр и амперметр, а питание на TL494 и схему управления поступает через резистор R6 (сопротивлением 15…33 Ома) с третьего конденсатора (C1, штатный). Оказалась хорошая развязка по питанию!

Выключатель питания

Вы уже, возможно, увидели, что по окончании подачи напряжения сети, дежурный источник запускается с задержкой. Выключается БП также «продолжительно». Связано это и со временем заряда-разряда электролитических конденсаторов в выпрямителе сетевого напряжения. Исходя из этого я сделал вывод, что лучше выключать питание блока не по сети 220 В, а по внутреннему напряжению +12 В. Это будет принудительно останавливать работу ШИМ (TL494). Сейчас блок питания мгновенно запускается, и фактически мгновенно выключается. Обратите внимание на схеме, что внутренний нагрузочный резистор (R5) обязан остаться включен до выключателя.

Сетевой выключатель я однако сохранил, но сейчас он расположен на задней панели.

Задняя панель блока питания

Управление оборотами вентилятора

Ну и последнее, что мне не нравилось в прошлом БП – это шум от работы вентилятора. В некоторых БП ATX имеется схема понижения шума, которая руководит напряжением питания вентилятора в зависимости от температуры. В моём новом БП на плате имелась разводка под эту схему, но вентилятор был подключен напрямую от 12V. Срисовав разводку платы, покопавшись в схемах вторых БП, я отыскал требуемые номиналы элементов для данной схемы. В одном из современных БП я выпаял нужный терморезистор (10 кОм), место под что было предусмотрено вблизи радиатора охлаждения выпрямительных диодов. Впаял всё это на собственную плату в штатные места.

Терморезистор дополнительно приклеил клеем к радиатору.

Схема управления оборотами вентилятора по температуре

Я применял вентилятор EC5015M12S (50х50 мм). Сейчас на него подаётся начальное напряжение около 4,5 В – его фактически не слышно. И лишь при разогреве элементов напряжение начинает подниматься соразмерно температуре.

Вот сейчас всё!

Вентилятор стоит наоборот обоих радиаторов, но продувает целый количество блока питания, а также охлаждает и дроссель выходного выпрямителя

Новый БП я смонтировал в таком же корпусе с ручкой, и сохранил прошлую компоновку внутренних частей. Дизайн передней панели остался фактически неизменным – он прекрасно себя зарекомендовал с позиций эргономики.

Успешный корпус для для того чтобы блока питания!

В случае если весьма интересно, могу поведать разработку изготовления передней панели в отдельной статье.

Блок питания оказался таким мощным и надёжным, что разрешает:

Схеме несложного лабораторного блока питания 1 — 30 V


Занимательные записи

самые интересные статьи, подобранные как раз для Вас:

Метки: , , ,

Комментирование закрыто.