Регулируемый БП — из нерегулируемого
В статье предложен способ, как из блока питания с фиксированным выходным напряжением сделать регулируемый источник.
В радиолюбительской практике зачастую требуется регулируемый источник питания 3,5. 12 В с выходным током до 1,5. 2 А. Чтобы не делать такой БП заново, можно доработать уже имеющийся с фиксированным выходным напряжением. В зависимости от схемы БП его доработка может быть очень простой.
Таким блоком оказался БП JTA0302E-E (рис. 1), который представляет собой обратноходовый преобразователь напряжения, собранный на специализированной микросхеме UC3843B и полевом транзисторе STP4NK60ZFP. На входе и выходе БП установлены LC-фильтры, стабилизация выходного напряжения осуществляется с помощью микросхемы TL431AC (параллельный стабилизатор напряжения) и оптопары PC817 (или аналогичной). Согласно заявленным производителем параметрам БП JTA0302E-E при сетевом напряжении 110. 240 В обеспечивает выходное стабилизированное напряжение 5 В при токе нагрузки до 2,5 А. На самом деле выходное напряжение без нагрузки было немногим более 5,2 В. Сделано это, видимо, для компенсации падения напряжения на выходном двухпроводном кабеле при максимальном токе нагрузки. Логично предположить, что при напряжении сети 230 ± 5 % В он сможет "выдать" 12 В при токе до 1 А. Небольшая доработка позволит превратить его в регулируемый с выходным напряжением от 3,5 до 10. 12 В.
Рис. 1. БП JTA0302E-E
Фрагмент выходной цепи дорабатываемого БП показан на рис. 2. Все доработки и вновь введённые элементы выделены цветом. Обозначения штатных элементов приведены в соответствии с печатной платой, а должены. Особенность оригинального БП — значение выходного напряжения задано с помощью резистивного делителя R15R16 в цепи управляющего входа микросхемы U3. Если в этот делитель ввести переменный резистор (в нашем случае — R18), это позволит плавно регулировать выходное напряжение. В этом случае стабилитрон ZD2 (на напряжение стабилизации 6,2 В) удаляют, резистор RLзаменяют другим, с вдвое большим сопротивлением. Для индикации наличия выходного напряжения установлен светодиод HL1 с токоограничивающим резистором R19. Чтобы свечение светодиода было заметно во всём интервале выходного напряжения, он должен быть с повышенной яркостью свечения.
Рис. 2. Фрагмент выходной цепи дорабатываемого БП
Доработка БП — несложная. Переменный резистор (СП4-1 или аналогичный по размерам) и светодиод устанавливают на задней стенке корпуса БП (рис. 3). Для них просверлены отверстия соответствующего диаметра. Сглаживающий конденсатор С1 (см. рис. 1) на выходе мостового выпрямителя разворачивают на плате в про-тивоположую сторону. Освободившееся место займёт переменный резистор. Резисторы R15 и R16 установлены перпендикулярно плате, поэтому их можно не выпаивать, а просто перекусить по одному выводу, к которым припаивают изолированные провода, соединяющие их с выводами переменного резистора R18. Стабилитрон ZD2 (он расположен рядом с резисторами R15, R16) также можно не выпаивать, а перекусить один из его выводов — в авторском варианте было сделано именно так. В результате с переменным резистором R18 сопротивлением 10 кОм интервал регулировки выходного напряжения получился 3,5. 8 В. Если применить резистор R18 с большим сопротивлением, интервал регулировки расширится в обе стороны. При этом нижний предел можно скорректировать подборкой резистора R15, верхний — резистора R16. После проверки и налаживания переменный резистор снабжают шкалой (рис. 3), которую градуируют с помощью вольтметра постоянного тока. Но следует учесть, что минимальный нижний предел — 3,3. 3,5 В. Обусловлено это тем, что минимальное падение напряжения на микросхеме U3 — около 2 В, а на излучающем диоде оптопары U1.2 — 1,1. 1,2 В.
Рис. 3. Внешний вид доработанного БП
Были проведены испытания доработанного БП для различных выходных напряжений от 3,5 до 10 В. При изменении выходного тока от 0 до 1,5 А (при выходном напряжении до 10 В) и 2,5 А (при напряжении до 5 В) выходное напряжение уменьшалось на несколько милливольт (измерение проводилось непосредственно на выходе БП), амплитуда пульсаций не превысила 15 мВ, а полевой транзистор нагревался умеренно. Однако при установке выходного напряжения менее 3,3 В на выходе наблюдались релаксационные колебания с амплитудой пульсаций около 1 В. Причина этого — недостаточное напряжение на микросхеме U3 и излучающем диоде оптопары U1.2.
Следует учесть, что в выходной цепи БП применены конденсаторы С9-С11 с номинальным напряжением 10 В, поэтому выходное напряжение не должно превышать этого значения, а с учётом падения напряжения на дросселе L2 должно быть даже меньше. Если планируется увеличить верхний предел до 12 В, эти конденсаторы необходимо заменить другими с такой же ёмкостью и большим номинальным напряжением.
Автор: И. Нечаев, г. Москва
Мнения читателей
Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:
Переделка импульсного блока питания LED с целью получения регулировки яркости светодиодной ленты от 0 до максимума
В этой статье предлагаю рассмотреть вариант создания источника питания для светодиодной ленты из ИБП для LED, который позволит нам плавно регулировать яркость свечения светодиодной ленты от 0 до максимума ее свечения.
Для новичков стоит сказать, что для питания светодиодных лент обычно используются специально предназначенные для этого импульсные блоки питания (ИБП), которые проще и дешевле приобрести уже готовыми, чем собирать их своими руками. Такие ИБП для LED в основном различаются по величине выходного напряжения и мощности. Хотя от фирмы производителя также многое зависит – в первую очередь качество изготовления такого ИБП. В этой статье я буду рассматривать самый простой и доступный импульсный блок питания для светодиодных лент в перфорированном корпусе. Именно они наиболее распространены и используют для питания LED лент.
Но не все так просто! Подобные ИБП уже изначально имеют возможность регулировать величину своего выходного напряжения, за счет чего можно изменять и яркость свечения светодиодной ленты. Но диапазон этой регулировки не большой. В среднем напряжение может регулироваться в большую и меньшую сторону 2–3 вольта. То есть, если взять например блок питания на 12 вольт, то его регулировкой можно изменять выходное напряжение где-то в пределах от 9 до 15 вольт. Хотя в разный ИБП этот диапазон также разный. В то время самая обычная, недорогая светодиодная лента только начинает зажигаться от напряжения 7 вольт. Следовательно, чтобы у нас была возможность делать плавную регулировку яркости свечения светодиодной ленты от 0 до максимума мы должны обеспечить диапазон напряжения от 7 до 12 вольт.
Давайте разберем такой пример – допустим нам нужно осуществить освещение своего рабочего стола, используя при этом обычную светодиодную ленту.
Причем яркость этой ленты должна плавно регулироваться от 0 до максимума. Исходя из своего личного опыта для одноместного рабочего стола вполне хватит общей мощности светодиодной ленты в 20 Вт. Я для себя брал самую обычную LED ленту с такими характеристиками:
— питание 12 вольт,
— количество светодиодов 60 штук на метр,
— светодиоды smd 2835,
— мощность 4,8 Вт на метр,
— температура свечения 6500-7500 К,
— белого цвета свечения.
Как правило эти ленты продаются в бобине по 5 метров. Общая мощность этой бобины 24 Вт. Еще одна вещь, которую я сделал, это немного уменьшил рабочую мощность этого пятиметрового куска светодиодной ленты. А именно, поскольку лента рассчитана на работу с напряжением 12 вольт, при этом она выдает свое максимальное свечение, потребляя определенный номинальный ток. Но, как известно, особенно дешевые, LED ленты даже при своей номинальной работе со временем начинают постепенно терять свою изначальную яркость свечения. Чтобы свести это явление к минимуму можно немного снизить рабочее напряжение, тем самым снизив ток. Хоть при этом немного и уменьшится общая яркость ленты, но зато мы сделаем для нее более щадящий режим работы. Тем самым значительно увеличив ее срок службы без потери яркости свечения, что происходит со временем. Для этого я снизил рабочее напряжение блока питания до 11,7 вольт. При этом 5 метров ленты мне начали выдавать не все 24 ватта, а только 20, которых мне более чем было достаточно.
А теперь давайте перейдем к вопросу, как именно можно сделать на покупном блоке питания для LED нужный нам регулируемый диапазон выходного напряжения от 7 до 12 вольт. Также стоит добавить, что такой вариант регулировки яркости свечения светодиодной ленты (доработка самого ИБП) наиболее оптимален. Оптимален как с точки зрения отсутствия дополнительных схем и модулей (к примеру понижающий DC-DC преобразователь), так и с точки зрения максимально возможного КПД (опять же энергия не растрачивается на дополнительные схемы). Примером для переделки будет импульсный блок питания для LED в перфорируемом корпусе, мощностью 36 Вт, выходным напряжением 12 вольт и максимальным током до 3 ампер.
У разных фирм производителей с виду одинаковые блоки питания могут иметь различную схемотехнику. Некоторые ИБП могут собираться на транзисторах, без использования ШИМ микросхем. Другие блоки питания собираются именно на базе ШИМ регуляторов. Если вам попался импульсник, в котором отсутствует ШИМ микросхема, или при ее наличии данная микросхема не имеет дополнительного питания, идущего от дополнительной обмотки трансформатора, то переделка блока питания будет минимальной. Для этого нам достаточно просто подобрать нужные резисторы на делителе напряжения, что стоят на управляемом стабилитроне TL431.
Для новичков поясню. Практически во всех импульсных блоках питания для регулировки и стабилизации выходного напряжения используется обратная связь между выходом блока питания и его управляющей частью, которая делает раскачку дросселя, трансформатора. Эта обратная связь представлена такими частями – делитель напряжения, линейный стабилизатор напряжения (собранный на регулируемом стабилитроне TL431) и оптопара (он же оптрон). Делитель напряжения задает, какое напряжение будет стабилизироваться на управляемом стабилитроне TL431. А этот стабилитрон соединен со светодиодом оптопары, которая при своем срабатывании посылает сигнал управляющей части блока питания, притормаживая ее работу.
То есть, величина выходного напряжения зависит от того, как будет настроен делитель напряжения, а точнее, какая пропорциональность сопротивлений будет на этом самом делителе напряжения. И для изменения диапазона выходного напряжения ИБП нам достаточно вместо имеющихся резисторов поставить подстроечные, после чего просто ими подобрать этот самый нужный диапазон выходного напряжения (а именно от 7 до 12 вольт). Вся переделка сводится к подбору нужных резисторов, и все. А делать это нужно так. После того как мы разобрали свой ИБП, находим резисторы делителя напряжения. После этого выпаиваем одну ножку каждого резистора и измеряем имеющееся сопротивления этих резисторов. Одну ножку нужно выпаивать, чтобы не ошибиться с номиналом этого резистора (сопротивление может быть другим из-за соединения с другими цепями схемы). После этого в место каждого резистора ставим подстроечный резистор с номиналом пусть в два раза больше, чем было. Но при этом на каждом подстоечнике выставляем именно то сопротивление, что у нас есть на рабочих, ранее нами выпаянных резисторах. После этого включаем ИБП в сеть и медленно начинаем крутить эти резисторы, тем самым подбирая нужный диапазон выходного напряжения. Ну, а когда мы уже подобрали этот диапазон, то в место этих подстроечных резисторов впаиваем в схему ИБП новые резисторы с новым номиналом своего сопротивления.
Если же вам попался импульсный блок питания, где ШИМ микросхема запитывается от дополнительной обмотки трансформатора, имея при этом еще и стартовую цепь своего питания, то тут нужно будет сделать следующее.
В моем случае была ШИМ микросхема типа UC3842, которая частенько применяется в подобных ИБП. В ней есть определенная величина питающего напряжения, при котором эта микросхема отключается (это 10 вольт), и величина напряжения, при котором микросхема запускается (16 вольт). На трансформаторе данного блока питания содержаться две одинаковые (по количеству витков) выходные обмотки. Следовательно, какое напряжение будет на выходе блока питания, такое напряжение будет и на дополнительной обмотке, которая питает саму микросхему. И поскольку имеющаяся ШИМ микросхема отключается при напряжении своего питания ниже 10 вольт, то и выходное напряжение блока питания не может быть ниже 10 вольт (обмотки ведь одинаковые, и напряжение на них одинаковое). Хотя если вам попалась микросхема UC3843, то в ней минимальное рабочее напряжение равно 8,5 вольт. Но все равно нам не получится выжать наши минимальные 7 вольт для LED ленты.
Чтобы это исправить, нам нужно просто немного домотать имеющейся трансформатор. Причем, как правило, у подобных импульсных блоках питания нужная нам обмотка содержится на поверхности трансформатора. И если сделать все аккуратно, то трансформатор после выпаивания с платы даже не придется разбирать. Нужно просто с него снять верхнюю изоляцию и к видимому одному из концов дополнительной обмотки припаять кусок обмоточного провода, домотать, и снова трансформатор поставить на плату. Такие обмотки обычно содержат небольшое количество витков. Например моя обмотка содержала всего 10 витков, при этом она выдавала 12 вольт.
К имеющимся 10 виткам я домотал еще столько же, в итоге получив 20 витков на дополнительной обмотке, что запитывает ШИМ микросхему. То есть, эта обмотка начала выдавать напряжение в два раза больше, чем обмотка, что идет на выход блока питания. Причем у данной микросхемы есть и максимально допустимое напряжение своего питания – это 34 вольта. Когда мы будем на блоке питания выставлять величину выходного напряжения 12 вольт, то дополнительная обмотка, питающая микросхемы (которую мы домотали) будет подавать на микросхему 24 вольта. И эта величина безопасна для микросхемы. Когда же мы на блоке питания снизим выходное напряжение до нужных нам 7 вольт, то дополнительная обмотка будет подавать на микросхему ШИМ 14 вольт. Это больше, чем минимально допустимое напряжение в 10 вольт, при котором ШИМ выключается. Следовательно, мы после доматывания трансформатора вышли с диапазона, при котором микросхема отключается.
В итоге для подобных случаев (когда микросхема запитывается от дополнительной обмотки трансформатора и имеет определенный порог, при котором выключается) нам нужно в ИБП сделать следующие изменения. Первое, это сначала домотать на дополнительную обмотку провод, такое же количество витков, которое уже есть. Тем самым увеличив напряжение питания ШИМ микросхемы в два раза. И что нам позволит уменьшить выходное напряжение до нужных нам 7 вольт без защитного отключения микросхемы ШИМ. Второе, это подобрать новые, подходящие номиналы сопротивлений на делителе напряжения, стоящим на регулируемом стабилитроне TL431. Допустим в моем случае на делителе напряжения изначально были такие резисторы 10 ком и 3 ком (состоящего из одного постоянного резистора на 2 ком и одного подстроечного на 1 ком). А после доработки блока питания номиналы стали такими 6,8 ком и 3,4 ком (состоящий из одного постоянного резистора на 1,4 ком и одного подстроечного на 2 ком).
Так, что если вы хотите переделать свой импульсный блок питания подобным образом, то берите все вышесказанное на заметку.
НИЖЕ ВИДЕО ПО ЭТОЙ ТЕМЕ
Что нужно изменить в импульсном блоке питания под LED для получения плавной регулировки яркости свечения светодиодной ленты
Как сделать блок питания регулируемым 3-25 В
Данная инструкция поможет вам переделать источник питания в регулируемый 3-25 В. Если у вас имеется блок питания от ноутбука на 19 В или блок от светодиодной гирлянды на 12 В, то все подобные источники можно превратить в регулируемые, и устанавливать на выходе любое напряжение легким вращением переменного резистора.
Понадобится
- Два конденсатора 470 мкФ 25 В.
- Переменный резистор 10 кОм.
- Резистор 2,2 кОм.
Переделка блока питания с фиксируемым напряжением в источник с регулируемым напряжением
Перед нами предстает вся плата импульсного источника питания.
Все что левее синего трансформатора мы трогать не будем. Это высоковольтная часть и она нас не интересует. Справа, из нескольких элементов состоит низковольтная часть, вот ее то и будем дорабатывать.
Схемы и теория доработки
Блок имеет стабилизацию посредством обратной связи через оптрон. Этим оптроном управляет микросхема-стабилизатор TL431. Она имеет 3 вывода и внешне похожа на транзистор.
Один резистор в цепи оптрона ограничивающий, другие два делители на выходе микросхемы. Сзади платы эти резисторы отчетливо видны.
То есть, если менять коэффициент деления на входе микросхемы, то соответственно будет и меняться выходное напряжение на выходе блока питания.
Чтобы это сделать необходимо заменить один резистор, а вместо другого подключить переменный. Примерно вот так:
Выпаиваем резисторы делителя.
Обязательно нужно заменить выходные конденсаторы на другие с более высоким рабочим напряжением.
Как из импульсного блока питания сделать регулируемый
СмартПульс — держите руку на пульсе высоких технологий! Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций
Главная — DIY (Сделай сам!) — Питание электронных устройств — Переделка старого компьютерного блока питания на напряжение 12 В
Статья-руководство
Переделка старого компьютерного блока питания на напряжение 12 В и в регулируемый блок питания
Казалось бы, зачем переделывать компьютерный блок питания на напряжение 12 В, если оно и так присутствует на его выходе "по определению"?!
Всё дело в том, что использовать одно только это напряжение практически невозможно: оно сильно "садится" под нагрузкой.
Собственно, именно из этого печального факта и родилась задача переделки старого компьютерного блока питания типа AT в блок питания на 12 Вольт. В порядке эксперимента я пытался завести от 200-ваттного блока питания AT автомобильный компрессор с целью накачки шин велосипеда в домашних условиях, но ничего из этого не вышло. Напряжение на 12-вольтовом выходе блока питания просело до 7 В; и компрессор вместо бодрого "др-р-р-р" выдал грустное "хлюп-хлюп-хлюп".
В статье разберём истоки проблемы, а затем эту проблему решим и разберём технические последствия этого решения.
Статья описывает только простые доработки блока питания, не требующие высоких знаний электроники или большого объёма механических работ. Но знание закона Ома и наличие "прямых рук" точно потребуется. 🙂
Кроме того, надо отметить, что далее описана доработка блока питания по одной из распространённых схем, но большинство других блоков питания имеют схожие схемы; и их также можно доработать по описанной методике (изменяется, в основном, расположение элементов на плате).
Всего будет описано несколько последовательных доработок. На какой из них остановиться — зависит от потребностей пользователя.
Так выглядит герой статьи, извлечённый из компьютера:
(кликнуть для увеличения, откроется в новом окне)
Основные идеи по переделке компьютерного блока питания будут действительны и для более современных блоков питания типа ATX , поскольку их главная силовая часть работает точно так же; но к ней добавлены канал +3.3 В и дополнительный постоянно включенный канал дежурного питания +5 В (необходим для расширения функциональности).
Существуют и более продвинутые блоки питания ATX с более совершенными схемами, но стоят они дорого; и их надо использовать по прямому назначению, а не переделывать во что-то иное.
Почему компьютерный блок питания плохо работает, если нагрузить только канал +12 В?
Истоки этой проблемы в том, что все напряжения в компьютерном блоке питания формируются от одного импульсного трансформатора, и потому связаны между собой.
Схемотехнически внутри блока питания в качестве опорного напряжения для стабилизации выбирается либо сумма нескольких выходных напряжений в определённых пропорциях, либо вообще только одно из них. В последнем случае именно оно и стабилизируется, а остальные формируются по принципу "что вышло, то вышло".
Следствием этого становятся разные эффекты ухода напряжений от своих номиналов в зависимости от того, в каких пропорциях нагружены каналы выходных напряжений.
Если, например, блок питания стабилизирован по каналу +5 В в качестве опорного, то при нагрузке только на этот канал напряжение на нём почти не меняется, а на остальных — немного повышается. Это происходит из-за того, что блок питания начинает подавать через импульсный трансформатор повышенную мощность для питания канала +5 В, в котором это повышение уходит в нагрузку; а в остальных каналах без нагрузки повышенная мощность никак не используется, что и приводит к повышению напряжения на холостом ходу в этих каналах.
Если этот же блок питания нагрузить не на канал +5 В, а на +12 В; то блок питания тоже начинает подавать повышенную мощность, но повышена она лишь в малой степени. Это повышение обусловлено тем, что нагрузка на канал +12 В приводит к снижению напряжения на канале и +5 В (у них общий трансформатор), которое блок питания стремится компенсировать. Но повышение мощности для компенсации потери напряжения в ненагруженном канале требуется лишь небольшое; а просадка напряжения в нагруженном канале +12 В происходит большая (ибо он не входит в контур стабилизации, и блок питания особо "не интересуется", что с этим каналом происходит).
В реальных компьютерах нагрузка по каналам +5 В и +12 В всегда существует одновременно, поэтому просадки и повышения напряжения значительно меньше выражены.
В том компьютерном блоке питания, который мы будем потрошить дорабатывать, изначально был использован вариант стабилизации по напряжению +5 В в качестве опорного.
Рассмотрим фрагмент схемы близкого по структуре блока питания:
Схема стабилизации напряжения построена на основе контроллера ШИМ TL494 (datasheet TL494) .
Полностью работу микросхемы TL494 рассматривать не будем, обратим внимание лишь на цепи, подключенные к выводам 1 и 2. Эти выводы — входы усилителя сигнала ошибки, который далее и управляет ШИМ-ом. Вывод 1 — прямой (неинвертирующий); вывод 2 — инвертирующий.
Цепи, окружающие вывод 2, формируют с помощью делителей из внутреннего опорного напряжения микросхемы (+5 В, вывод 14) величину напряжения, с которой далее сравнивается напряжение на выводе 1.
А напряжение на выводе 1, в свою очередь, формируется делением пополам из выходного напряжения в канале +5 V . В подавляющем большинстве блоков питания напряжение на выводах 1 и 2 устанавливается на уровне 1/2 от опорного Vref , т.е. на уровне 2.5 В.
Таким образом, происходит сравнение выходного напряжения блока питания с опорным, по результатам которого микросхема выдаёт более широкие или узкие импульсы ШИМ.
Итак, наша задача: поменять в этой схеме управление от канала +5 В на управление от канала +12 В. Тогда именно оно и будет стабилизироваться, и не будет просаживаться при подключении нагрузки. Правда, тогда при подключении нагрузки начнут "разъезжаться" остальные выходные напряжения, но масштаб этого бедствия определим экспериментально.
Для выполнения этой операции придётся пересчитать номиналы делителя в цепи вывода 1.
Пользуясь знаниями закона Ома, можно вывести такую формулу для замены резистора RX при его переключении на выход с другим напряжением:
RX=(U1/U0 — 1)*R0 = (12/2.5 — 1)*4.7K = 17.86K
Остаётся только найти нужный резистор на плате и поменять его; а также оторвать его от напряжения +5 В и подключить к напряжению +12 В.
Кстати, точно так же можно блок переделать и на другие напряжения, кроме 12 В. Но нужно помнить об ограничениях: напряжение в канале +12 В должно быть не ниже +7 В (так как от него питается микросхема TL494 ) и не выше 15 В (так как по цепям +12 В и -12 В установлены электролитические конденсаторы с номинальным напряжением 16 В, из них 1 В оставляем в запасе).
Дополнительный материал: несколько типовых схем компьютерных блоков питания типа AT : схема 1, схема 2, схема 3, схема 4, схема 5.
И пара типовых схем простых (недорогих) блоков питания типа ATX : схема 1, схема 2.
Практической реализацией этой переделки компьютерного блока питания займёмся в следующей главе.
Изучение конструкции компьютерного блока питания и его переделка на напряжение 12 В
Вскрываем крышку блока питания и коротко разберёмся с его основными элементами, сочетая описание назначения элементов с их критической оценкой:
1, 2 — Электролитические конденсаторы выпрямителя сетевого напряжения. Номинал каждого — 200 мкФ * 200 В. Они соединены последовательно, так что суммарная ёмкость получается всего 100 мкФ. Маловато будет!
3 — Диодный мост выпрямителя сетевого напряжения.
4 — Силовой импульсный трансформатор.
5 — Импульсный трансформатор, управляющий силовыми транзисторами в сетевой части. Сами транзисторы закреплены на "гребёнчатом" радиаторе.
6 — Сдвоенный диод Шоттки в выпрямителе канала +5 В.
7 — Два диода в выпрямителе канала +12 В. Диоды — обычные, а не Шоттки. Теплоотвод осуществляется конвекцией воздуха и теплопроводностью через ножки, припаянные к пластине, используемой в качестве радиатора. Всё очень плохо — и диоды, и отведение тепла от них.
8 — Микросхема DBL494 — полный аналог TL494 .
Также осмотр показал, что электролитические конденсаторы по цепям +5 В и -5 В имеют номинальное напряжение 10 В; а по цепям +12 В и -12 В — номинальное напряжение 16 В. То есть, они имеют хороший запас по напряжению, что должно исключить "бабахи" при повышении напряжения из-за подключения нагрузки только на канал +12 В.
Далее ищем на плате резистор, который берёт напряжение +5 В с выхода для подачи через делитель на TL494 . На следующем фото он обведён красной рамкой (представлено полное фото и фрагмент):
Вот этот резистор R213 и надо заменить на рассчитанный в предыдущей главе 17.86 кОм. По идее, можно поставить 18 кОм; но по какому-то странному стечению обстоятельств резистора такого номинала в моих закромах не нашлось. Пришлось впаять резистор 13 кОм последовательно с резистором 4.7 кОм, который уже имеется на плате (приподняв один из выводов которого).
Вот что получилось:
Но теперь ещё надо разрезать дорожку металлизации на плате, которая шла от резистора к выходу +5 В и пробросить проводник к выходу +12 В.
Эти операции — не сложные, вот что получилось:
Тонкой красной чёрточкой справа вверху показано место разрезки металлизации; а оранжевый провод протянут от места разрезки к выходу +12 В.
Из-за отклонения номиналов резисторов от расчетных напряжение на выходе оказалось не ровно 12 В, а 11.84 В (отклонение -1.3%). Такой результат можно считать хорошим.
Теперь осталось провести испытания того, что получилось.
Тест компьютерного блока питания, переделанного на напряжение 12 В
Программа тестирования будет включать работу блока питания под различными нагрузками с целью выяснения возможности отдачи максимального тока без перегрева компонентов блока в двух вариантах: с выключенной принудительной вентиляцией и с включенной.
Вариант с выключенной вентиляцией необходим для таких применений блока питания, в которых важно соблюдение тишины, например, для питания аудиотехники.
Вариант с включенной вентиляцией подойдёт для всех остальных общегражданских применений.
В качестве температурной границы за основу возьмём температуру в 100 градусов; температура будет контролироваться в помощью тепловизора.
В режиме без принудительной вентиляции предельный ток выхода без перегрева элементов составил 2.7 Ампера (мощность 32 Вт). Термоснимок в этом режиме:
Наиболее разогретыми оказались выпрямительные диоды канала +12 В (до 96 градусов); что вполне объяснимо и тем, что они — обычные (а не Шоттки), и тем, что у них — плохой тепловой контакт с радиатором (только припаянные к нему ножки).
Теперь — замеры напряжения в ненагруженных каналах, чтобы убедиться, что электролитические конденсаторы там не взорвутся:
Выход +5 В = +6.13 В;
Выход -5 В = -5.15 В;
Выход -12 В = -12.44 В.
Напряжения на ненагруженных каналах, как и ожидалось, ушли от своих номиналов, но уход оказался не опасным.
В режиме с принудительной вентиляцией предельный ток выхода без перегрева элементов составил 5 Ампер (мощность 60 Вт). Термоснимок в этом режиме:
Если сравнивать с предыдущим тепловым снимком (без вентиляции), то можно заметить, что все детали стали прохладнее, кроме всё тех же выпрямительных диодов: они разогрелись до 95.8 градусов. Хотя, если бы не вентиляция, они бы разогрелись ещё больше, и, что весьма вероятно, сгорели бы.
Теперь — снова замеры напряжения в ненагруженных каналах:
Выход +5 В = +6.3 В;
Выход -5 В = -5.3 В;
Выход -12 В = -12.8 В.
Уход напряжений тоже оказался не опасным.
На этом можно перейти к промежуточным итогам по первой доработке.
Промежуточные итоги переделки компьютерного блока питания на напряжение 12 В
С одной стороны, переделка удалась: компьютерный блок питания стал выдавать на выходе стабильное напряжение +12 В.
С другой стороны, требуемая практическая цель (обеспечить питание автомобильного компрессора) достигнута не была. Реальное потребление компрессора при напряжении питания 12 В было измерено и составило 11 А (а в характеристиках указано даже значение 14 А); а ток, отдаваемый переделанным блоком питания, оказался в два с лишним раза меньше.
Вина в этом в наиболее значительной степени принадлежит второсортным выпрямительным диодам в канале +12 В; и в меньшей степени — слишком малой ёмкости электролитических конденсаторов в выпрямителе сетевого напряжения.
Но и в таком виде блок питания может обеспечить мощность до 60 Вт, достаточную для питания разнообразной (но не любой) техники.
Можно ли "довести до ума" и получить более высокую мощность — покажут дальнейшие эксперименты по переделке (следующая глава).
По приведённой методике доработки можно переделать блок питания и на другие напряжения в пределах от +7 В до +15 В.
Важно: если при вскрытии блока питания в нём обнаружатся вздутые электролитические конденсаторы, то они подлежат обязательной замене: такие блоки питания долго не живут!
Переделка номер 2 — заменяем обычные диоды в блоке питания на диоды Шоттки
Следующая переделка — пробуем повысить КПД компьютерного блока, а также повысить его выходной ток в канале +12 В; для достижения обеих целей заменив выпрямительные диоды в этом канале с обычных на диоды Шоттки. Диоды Шоттки отличаются тем, что имеют примерно в 2-3 раза меньшее падение напряжения в прямом направлении, чем обычные диоды с тем же предельно-допустимым током.
Задача номер один при этом — добыть диоды. Простое решение — купить в магазине (отечественном или китайском). Но мы не ищем лёгких путей!
В поисках места, где бы можно было их добыть, взор упал на плату старого дохлого блока питания ATX мощностью 250 Вт (так было написано на корпусе, но вряд ли так было на самом деле).
В этом дохлом блоке плохо было всё: подозрительно маленький импульсный трансформатор; какие-то мелкие диоды, впаянные вместо приличного диодного моста в сетевом выпрямителе; потемневшие места на плате (перегрев или некачественный материал платы). В общем, сдох; туда ему и дорога!
На радиаторе закреплено четыре детали. Две из них оказались диодами, точнее, диодными сборками:
Левая диодная сборка состоит из обычных диодов на 6 Ампер; она нам не интересна. А правая диодная сборка состоит из двух диодов Шоттки с общим катодом; максимальный ток до 20 А (суммарно по двум диодам), обратное напряжение — до 40 В. Ура, подходит!
Кстати, в случае установки других диодов обратите внимание на величину обратного напряжения — оно тоже должно быть не менее 40 В.
Ножки у этой диодной сборки слегка погнуты враскоряку, именно так сборка и была впаяна в плату. Вероятно, на её месте должна быть впаяна более крупная сборка (рассчитанная на больший ток), но впаяли, что подешевле. Экономика должна быть экономной! (C) Л.И. Брежнев.
Ножки было решено не выпрямлять, чтобы лишними изгибами их не сломать.
Затем в металлической пластине, к которой в блоке питания были припаяны штатные цилиндрические диоды, было просверлено отверстие для крепления диодной сборки на диодах Шоттки. Процесс сверления оказался трудным: пластина оказалась не медной или алюминиевой (что дало бы хороший теплоотвод), а стальной (у которой теплопроводность значительно хуже).
Затем к пластине была прикручена диодная сборка с диодами Шоттки, и она была проводниками соединена параллельно штатным диодам (их выпаивать вовсе не обязательно, пусть остаются на правах небольшой помощи диодам Шоттки).
В итоге получилась такая конструкция, в которой ножки диодной сборки торчат вбок:
Если у пользователя не найдётся, откуда можно выломать диоды Шоттки, то есть два варианта действий.
Первый — переставить диоды Шоттки из канала +5 В в канал +12 В; а в канал +5 В поставить обычные диоды с допустимым током согласно ожидаемому потреблению (если этот канал вообще будет использоваться). Если канал не будет использоваться (что весьма вероятно), то просто установить любые диоды с допустимым током хотя бы в 1 А.
Второй вариант — купить в радиомагазине (при наличии) или на Алиэкспресс хорошие мощные сборки диодов Шоттки, например, STPS80150CW (ток до 80 А, ссылка на Алиэкспресс). Цена — $4 за пару с учётом доставки.
Теперь — испытания доработанного компьютерного блока питания.
Безопасная величина тока выхода по каналу +12 В повысилась до 9 А (при включении вентиляции). Может быть, можно было ток и ещё чуть выше поднять, но я не стал рисковать.
Тепловой снимок в этом режиме:
На этом снимке самой разогретой деталью оказалась даже не диодная сборка, а нагрузочный резистор канала минус 12 В, расположенный в правой части платы (в красном перекрестии).
Температура диодной сборки составила 71 градус (напоминаю, это с принудительной вентиляцией).
На этом тепловом снимке надо обратить внимание ещё на две детали.
Первая — это заметный нагрев фильтра выходных напряжений, намотанного на ферритовом кольце и расположенного на снимке справа вверху.
Вторая — существенный нагрев проводников, идущих к диодной сборке. Пожалуй, лучше было бы выбрать более толстые провода.
Была снята осциллограмма пульсаций на выходе:
Величина пульсаций — умеренная, 150 мВ (пик-пик). В принципе, желательно на выход припаять дополнительный электролитический конденсатор на 1000-3000 мкФ, это даст сразу два "плюса".
Во-первых, уменьшит величину пульсаций; а во-вторых, снизит реактивную нагрузку на тот конденсатор, который уже там есть. Высокая реактивная мощность вредна для электролитических конденсаторов и может привести к их ускоренной деградации.
Без принудительной вентиляции величина безопасного тока выхода блока питания составляет около 5 А; температура диодной сборки в этом случае составила 73 градуса.
И, наконец, последний вопрос: удалось ли с помощью такого дважды модернизированного блока питания запустить автомобильный компрессор?
Нет, не удалось. При включении блока питания ротор компрессора слегка дёргался, затем блок питания прекращал работу. Похоже, ему не понравился стартовый ток компрессора, который намного выше тока в режиме стабильного вращения. Ну что ж, будем "рыть" дальше!
Итоги 2-ой переделки компьютерного блока питания на напряжение 12 В
Переделка с заменой обычных диодов в канале +12 В на диоды Шоттки оказалась весьма полезной: увеличился до 9 А ток безопасной работы; при этом снизился нагрев в блоке питания, что полезно для повышения его надёжности.
Кроме того, повысился и ток в бесшумном режиме (с отключенной вентиляцией), что может быть полезно при использовании для питания аудиоаппаратуры.
Как первая, так и вторая доработки — очень простые и почти не требуют материальных затрат; да в отношения знания электроники высоких требований нет.
Идея для дальнейшей доработки — превращение в регулируемый блок питания.
Переделка номер 3 — превращаем блок питания в регулируемый
Сразу надо сказать, что, превратить блок питания в регулируемый с широким диапазоном выходных напряжений не получится.
Диапазон возможных выходных напряжений будет ограничен как снизу, так и сверху, и довольно жестко.
Снизу диапазон ограничен напряжением 7 В — это напряжение питания микросхемы TL494 , которое берется путём выпрямления с той же обмотки трансформатора, что и выходное напряжение +12 В (которое теперь будет регулируемым).
А сверху оно ограничено напряжением массово установленных электролитических конденсаторов на напряжение 16 В (из которых 1 В вычитаем для создания необходимого резерва).
Кроме того, в блоке питания установлен вентилятор на номинальное напряжение 12 В (важно его не сжечь) и нагрузочные резисторы на выходах разных напряжений; установленные там для того, чтобы без нагрузки напряжение на выходах не подскакивало до опасных значений. Эти резисторы могут перегреваться (потребуется замена номиналов).
Итак, нам надо установить элемент регулировки. Один из возможных вариантов представлен на следующей схеме (он и будет далее реализован):
Переделка касается только части схемы, подключенной к выводу 1 микросхемы; всё остальное не трогаем. Все номиналы рассчитаны для регулировки в пределах 7 — 15 В.
Формально, исходя из "чистой теории", достаточно было бы только установить переменный резистор. Но реально добавлены ещё два элемента (резистор 100 кОм и конденсатор 62 пФ), предназначенные для борьбы с дребезгом контакта между ползунком переменного резистора и резистивным слоем.
Дало в том, что при вращении ручки резистора ползунок может на некоторое короткое время терять контакт с резистивной основой; и тогда на контакте 1 микросхемы возникнет ложное управляющее напряжение, что приведёт к неуправляемым всплескам выходного напряжения, которые могут повредить нагрузку (электронную аппаратуру).
Резистор 100 кОм не устраняет возможность всплесков, но делает их однонаправленными: при пропадании контакта напряжение на выходе блока питания может меняться только вниз! То есть, опасные повышения напряжения исключаются.
Конденсатор 62 пФ в случае потери контакта сглаживает возможные колебания напряжения из-за наводок в соединительных проводниках. При наличии нормального контакта наличием этого конденсатора можно пренебречь (постоянная времени RC- цепи при наличии контакта становится во много раз меньше периода колебаний в импульсном трансформаторе).
Все номиналы синхронно и пропорционально могут быть уменьшены в разумных пределах (так, чтобы не резисторы не грелись). Увеличивать номиналы не желательно, так как в этом случае повысится чувствительность схемы к наводкам.
Практическая реализация была выполнена древним, как мир, навесным монтажом:
Проводники, идущие к переменному резистору, скручены между собой (для уменьшения влияния наводок путём их взаимовычитания). Кроме того, к ним добавлен 4-ый проводник (синий), соединённый с землёй.
Вот как выглядела плата в целом после выполнения монтажа, но до окончательной сборки:
В таком виде плату уже можно включать для испытаний, но (внимание!) корпус переменного резистора должен быть на время испытаний заземлён, чтобы не "ловил" наводки, что может привести к несанкционированным скачкам напряжения на выходе.
Перед окончательной сборкой к плате был подключен миниатюрный цифровой вольтметр (цена — доллар на Алиэкспресс, обзор — здесь). Индикатор напряжения — вещь, необходимейшая регулируемым источникам питания!
Так выглядел доработанный компьютерный блок питания после сборки, но ещё без крышки:
А так он выглядит с передней стороны (если задней стороной считать ту, куда подключается шнур питания):
Цифровой вольтметр по-колхозному прикреплён на проволочках. Примитивно, но держится надёжно!
Во избежание замыканий между вольтметром и корпусом блока питания установлена прокладка из мягкого пористого материала.
И, наконец, пришла пора всё это сооружение включить:
Теперь — испытания получившегося регулируемого блока питания.
Минимальное напряжение на выходе составило 7.8 В, максимальное — 15.5 В.
Внутренний нагрузочный резистор на плате в канале -12 В при максимальном напряжении на выходе 15.5 В нагрелся до 116 градусов (с выключенной вентиляцией). Пожалуй, с выключенной вентиляцией лучше не поднимать напряжение выше 14 В (в этом случае температура составила 102 градуса).
С включенной вентиляцией этих проблем нет, разве только вентилятор при максимальном напряжении жужжит слишком сильно.
И, наконец, исполнилась мечта — запустить с помощью этого блока питания автомобильный компрессор. Но запускать его пришлось с хитростями: сначала надо его включить на минимальном выходном напряжении блока питания (7.8 В), а затем напряжение можно поднять до 10 В. В этом случае потребление тока достигает 9 А, при котором шина велосипеда накачивается уже достаточно бодро, но потребляемый ток до опасных значений ещё не доходит.
Теперь осталась последняя переделка этого блока питания — на двухполярное регулируемое напряжение!
Переделка номер 4 — превращаем блок питания в регулируемый двухполярный блок питания
Двухполярные блоки питания наиболее часто используются в усилителях низкой частоты, построенных по схеме с таким симметричным питанием. В этом есть свой позитив: во-первых, на выходе не требуются электролитические конденсаторы с большой ёмкостью; а во-вторых, при грамотной разводке платы и межплатных соединений это должно немного уменьшить искажения за счёт подавления чётных гармоник (в теории исчезающих в симметричном сигнале).
Второй вариант применения двухполярного источника питания — в качестве однополярного с двойным напряжением, где за "землю" принимается выход отрицательного напряжения. Но надо следить, чтобы оно нигде не замкнулось с реальной землёй, иначе — бабахи, фейерверки и прочие неприятности.
Собственно говоря, если от блока питания не требуется высокого выходного тока (т.е. до 0.5 А), то и дорабатывать ничего не надо: канал с напряжением минус 12 В там есть, и он будет работать нормально. Этот канал, по существу, работал в старых компьютерах только для обеспечения работы слаботочного интерфейса RS-232 , требующего двухполярного питания.
Но если от канала минус 12 В требуется высокий ток (более 0.5 А), то придётся блок питания доработать, и притом довольно существенно.
Напряжение минус 12 В в компьютерных блоках питания формируется от той же самой обмотки импульсного трансформатора, от которой формируется и напряжение +12 В. То есть, мощность в теории можно получить высокую.
Но на практике выходная мощность получается небольшой из-за слабости последующих после трансформатора компонентов в канале -12 В: слаботочных выпрямительных диодов, малой ёмкости электролитического конденсатора в выпрямителе и тонкого провода в фильтре. Все перечисленные элементы и будут объектами доработки; на следующем фото они показаны после доработки (обведены красной рамкой и пронумерованы):
Теперь — переделки конкретно по пунктам.
1. Замена выпрямительных диодов. Были выпаяны обычные диоды с максимально-допустимым током около 2 А, после чего установлены диоды Шоттки с максимально-допустимым током 8 А (обратное напряжение до 45 В). Тип диодов — 80SQ045NRLG. В российских радиомагазинах они стоят 100-150 рублей за штуку, а на Алиэкспресс — в десять раз дешевле (ссылка). Но есть нюанс: на Алиэкспресс они продаются не менее, чем по 50 шт.!
Впрочем, этот тип диодов — не догма.
На фото видно, что один из диодов удалось разместить горизонтально, а второй пришлось установить вертикально (из-за нехватки места, так как диоды оказались значительно крупнее их "предшественников").
2. Сверху, где было более-менее удобное место доступа к площадкам +12 В, -12 В и "земли", были напаяны электролитические конденсаторы 1000 мкФ*25 В. Они соединены параллельно конденсаторам 1000 мкФ в канале +12 В и 470 мкФ в канале -12 В.
3. Доработка фильтра. На фотографии видна новая обмотка, намотанная толстым проводом в зелёной шелковой изоляции (такой нашелся в хозяйстве).
Через этот фильтр проходят все выходные напряжения блока питания, но толщина провода в обмотках для разных напряжений — разная. Для напряжения +5 В диаметр провода составил примерно 1.25 мм, для напряжения +12 В — 1 мм, а для напряжения минус 12 В — 0.6 мм.
Выводы обмотки для минус 12 В были выпаяны (и брошены в воздухе); а вместо этой обмотки поверх были намотаны 10 витков упомянутым зелёным проводом диаметром 0.9 мм. Число витков было посчитано по обмотке для +5 В. В принципе, эту обмотку можно было бы запараллелить со "старой" обмоткой для -12 В, но тогда было бы очень сложно выполнить монтаж (отпаять старую обмотку и бросить её в воздухе оказалось легче).
Итак, всё сделано; после чего для контроля функционирования блок питания был включен в двухполярном режиме под нагрузкой 3 А на каждую полярность.
Через несколько минут из блока питания пошел дым. 🙂
Как оказалось, дым пошел от цилиндрического дросселя, стоявшего в цепи -12 В. На следующем фото он обведён красной рамкой:
Его вскрытие показало, что этот дроссель намотан относительно тонким проводом (0.5 мм); количество витков — 52, намотанных в три слоя. Иными словами, создались все условия для выделения значительного тепла в малом объёме, что и привело к сильному перегреву вплоть до задымления.
Вместо него необходимо было установить дроссель, намотанный более толстым проводом и с более распределённой в пространстве обмоткой.
В качестве сердечника были выбраны ферритовые кольца, снятые с силовой части дохлой материнской платы:
Всего с материнки было снято два таких кольца; и на них был намотан "сдвоенный" дроссель:
Обмотка была выполнена проводом диаметром 0.9 мм (просто потому, что такой нашелся в хозяйстве), но можно было бы намотать и проводом 0.7-0.8 мм; тогда обмотка поместилась бы на одном кольце.
Индуктивность контролировалась универсальным тестером радиодеталей LCR-TC1, так, чтобы индуктивность нового дросселя равнялась индуктивности старого. Правда, точность прибора LCR-TC1 для таких небольших индуктивностей составляла всего один знак (0.06 миллиГенри).
Устанавливать же индуктивность "какая попала под руку" здесь нельзя, так как её величина влияет на напряжение в канале -12 В (чем индуктивность меньше, тем напряжение больше).
К этому надо добавить, что дроссели в каналах +12 В и -12 В устанавливаются не во всех компьютерных блоках питания, и, соответственно, не всегда эта возня с перемоткой дросселя может потребоваться.
После установки нового дросселя были проведены повторные испытания с нагрузкой 3 А на каждую полярность. Тепловой снимок показал, что перегрева не наблюдается:
Тепловой снимок был сделан при выключенной вентиляции (ибо основное назначение двухполярного режима — для питания аудиоаппаратуры, когда посторонний шум не желателен).
На снимке видно, что даже перемотанный дроссель остался самой разогретой деталью в блоке питания, но его температура (82.5 градусов) теперь уже не угрожает задымлением и прочими неприятностями.
На всякий случай была проверена симметричность выходных напряжений на холостом ходу после замены дросселя:
| Напряжение в канале +12 В | Напряжение в канале -12 В |
| 9 В | -9.9 В |
| 12 В | -13.3 В |
| 15 В | -16.6 В |
При подключении симметричной нагрузки напряжения положительной и отрицательной полярности сближались по величине; разница не превышала 0.5 В.
Тем не менее, из таблицы следует, что изначально установленный на плате в канале -12 В электролитический конденсатор 470 мкФ*16 В желательно заменить на 25-вольтовый, что и было сделано (во избежание нештатных ситуаций).
При испытаниях двухполярного варианта был обнаружен парадокс: если нагрузить только один отрицательный канал даже небольшой нагрузкой в 1 А, то блок питания не включается! То есть, такой вариант применения блока — нерабочий (хотя и мало где может потребоваться).
Окончательный диагноз
Итак, путём относительно несложных переделок можно найти применение старому компьютерному блоку питания. В зависимости от потребностей пользователя, возможны 4 варианта переделок:
— Стабилизированный источник питания на 12 В с током выхода до 5 А;
— Стабилизированный источник питания на 12 В с повышенным КПД и током выхода до 9 А;
— Регулируемый стабилизированный источник питания на 7.8 . 15 В с индикацией выходного напряжения и током выхода до 9 А;
— Регулируемый двухполярный источник питания на ±7.8 . ±15 В с индикацией выходного напряжения и током выхода до 3 А по обеим полярностям одновременно (без включения вентиляции).
На какой из переделок остановиться — решает сам пользователь по своим желаниям и потребностям (излишние усилия ни к чему). В любом случае блок питания может обрести "вторую жизнь" и быть полезным в радиолюбительском и просто в домашнем хозяйстве.
Хотя переделки выполнены только на одном из вариантов компьютерного блока питания, они могут быть по аналогии выполнены и почти на любом другом блоке благодаря схожести схемно-технических решений на основе микросхемы TL494 .
Что осталось "за кадром" из того, что ещё можно было бы улучшить в этом блоке питания?
Пожалуй, ему явно не хватает системы автоматического включения вентилятора при прогреве. Причём организовать его можно очень просто — с помощью банального биметаллического термовыключателя (имеется на Алиэкспресс, ссылка). Внимание, термовыключатель уже заказан, но ещё не протестирован!
Также надо отметить, что при любой из переделок канал +5 В блока питания становится нестабилизированным и выдаёт повышенное напряжение. Если же пользователю всё-таки, кроме напряжений 12-вольтовых каналов, требуется и напряжение +5 В, то его целесообразно получить из напряжения +12 В с помощью DC-DC преобразователя.
Спасибо за внимание!
Для создания тепловых снимков в обзоре использовался тепловизор UTi260M (обзор).
Осциллограмма была сфотографирована с экрана портативного осциллографа Hantek 2D72 (обзор).
Измерение индуктивности проводилось универсальным тестером радиодеталей LCR-TC1 (обзор).
Весь раздел "Сделай сам! ( DIY) " — здесь.
Ваш Доктор.
26 января 2023 г.
Вступайте в группу SmartPuls.Ru 
Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.