И снова о переделке БП формата АТХ

Автор: Stalker007
Опубликовано 18.09.2013
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2013!"

Отмена анонимности в конкурсе неожиданно предоставила возможность поделиться продолжением моих опытов по переделке БП АТХ в зарядные устройства не ожидая окончания конкурса. Чем и решил воспользоваться, чтобы поздравить кота с днюхой.

Ранее, мной были опробованы и описаны, различные способы переделки БП АТХ в зарядное устройство для 12В аккумуляторов. Естественно, после полевых испытаний, возникли определённые пожелания. Как выяснилось, электронный предохранитель на полевом транзисторе по схеме Simurg, частенько позволял себе ложные срабатывания. У меня так получилось, может просто неудачно? В частности, срабатывал при подключении сильно разряженного аккумулятора. Приходилось по несколько раз подключать, пока не получится. Можно было, конечно, поиграть с его чувствительностью, задержкой срабатывания и добиться нужного результата, но из-за разброса параметров полупроводников, пришлось бы это делать для каждого устройства индивидуально, а при экспериментах с коротким замыканием во время настройки можно и спалить само зарядное.

Проблема, естественно, скрывается в первоначальном броске тока, ведь у автомобильного аккумулятора, помимо всего прочего, есть ещё и приличная ёмкость. Её зарядка и создаёт бросок тока. Значит, если бросков тока избежать затруднительно – нужно их игнорировать. Также было трудно зажечь галогенные лампы на 70Вт сразу, из-за броска тока через холодные спирали.

Решил, что мой предохранитель, будет ориентироваться на напряжение на выходе зарядного, а не на ток. Потому как, при коротком замыкании оно близко к нулю, а при переполюсовке, и вовсе - обратной полярности.

При переделках БП на TL494 (KA7500) я использовал второй компаратор (ноги 15 и 16), для введения ограничения максимального тока. Раньше, я отключал обе ноги от своих изначальных мест и подключал согласно схеме переделки. Теперь, по новой схеме, необходимо отключать только одну: 15-ю, а 16-я так и остаётся на земле (разумеется, это относится только к тем БП, в которых, этот компаратор не используется с другой целью, в них 16-я нога не сидит на земле). В качестве шунта используются дорожки платы. Полевой транзистор канала 3,3В остаётся на своём законном месте, без выпаивания и даже резать дорожки не понадобится (опять же есть БП в которых для стабилизации 3,3В используется магнитный усилитель, там вы полевого транзистора не найдёте). Из всех процедур настройки, нужно будет, только подобрать резисторы делителя на 1-й ноге до установки нужного напряжения холостого хода на выходе, и найти место на дорожках, дающее нужное падение напряжения при необходимом максимальном токе, либо подобрать R7, кому что больше нравится.

Что и как нужно удалять из БП, уже было описано мной довольно подробно в предыдущей статье. К тому же блоки немного разные и пошаговую инструкцию с позициями элементов создать невозможно.

Вот схема фрагмента который нужно смонтировать:

Рис 1.

К ножкам 1, 15 и 16 TL494 не должно быть подключено ничего, кроме тех деталей, что есть на схеме. Остальные трогать не надо.

Опытные коты могут пропустить этот абзац, он для котят. Резисторы R1, R2 и R3 необязательно должны быть именно таких номиналов. Тут главное, соблюсти пропорцию. Изначально они на плате уже есть. R2 и R3 я не трогаю, а R1 ставлю какой нужно для 14,5В на выходе. Рассчитать его очень просто. На 1-й ноге должно получиться при 14,5В (или сколько вам там нужно) на выходе такое же напряжение как и на второй. В подавляющем большинстве блоков, из встретившихся мне, это было 2,5В. Отсюда следует вывод, что R1 должен быть таким, чтобы при нужном нам выходном напряжении на делителе из R1, R2 и R3 получились эти самые 2,5В. Написал эту не представляющую секрета информацию потому, что часто видел в форумах вопрос: «А какой номинал нужно поставить?».

R4 – виртуальный, это как раз и есть, сопротивление дорожек на плате.

За счёт чего же достигается ограничение максимального тока в этой схеме? Всё очень просто. Резисторы R5 и R7 образуют обычный делитель напряжения. Хитрость в том, что этот делитель не делит, как обычно, напряжение между землей и источником. Он делит напряжение между плавающим относительно земли отрицательным напряжением и источником опорного напряжения TL494.

Рассмотрим, как это работает в конкретных цифрах:

• При отсутствии тока в нагрузке, падение напряжения на R4 равно нулю. Значит, на делителе будет 5V*R7/(R7+R5), т.е. около 50мВ, на 16-й ноге естественно 0В
• Что же будет при токе, ну допустим, 2А? На R4 возникнет падение напряжения в R4*2A=12mV. Это напряжение на вывод делителя из R5 и R7 приложится в отрицательной полярности, т.е на 15-й ножке ШИМ теперь будет уже не 50мВ, а 50-12=38мВ
• При дальнейшем росте тока нагрузки, будет расти и падение напряжения на R4, а следовательно, и на верхнем по схеме выводе делителя на R5 и R7 отрицательное напряжение будет увеличиваться. При определённом токе, оно достигнет -50мВ, и полностью скомпенсирует изначальные 50мВ холостого хода. Т.е. напряжение на 15-й ноге ШИМ станет равно 0В и сравняется с напряжением на 16-й ноге, которая «сидит» на земле. Компаратор начнёт работать и дальнейшего роста тока нагрузки не произойдёт.

Работа схемы отключения нагрузки довольно проста и понятна по схеме. При падении напряжения на выходных клеммах ниже определённого уровня (для номиналов как на схеме это около 5В), начинает закрываться транзистор VT1, что вызывает увеличение сопротивления открытого канала T1, что в свою очередь ещё больше уменьшает выходное напряжение и т.д. В результате, оба транзистора быстро закрываются, и остаются в этом состоянии пока КЗ или переполюсовка не будет устранена.

Методика переделки такова:

Сначала, как и раньше, выпаиваем всё лишнее (более подробно об этом было написано в предыдущей статье: https://www.radiokot.ru/circuit/power/charger/27/, поэтому повторяться не буду. Если кто забыл, то можно посмотреть там), затем, подбором делителя на 1-й ноге ШИМ, добиваемся нужного напряжения на выходе канала 12В. Далее, нужно разорвать соединение земли в области ШИМ с землей на выходе БП (косичка трансформатора). Это нужно делать не наобум, а очень внимательно. Земля ШИМ и обвязки вокруг неё должна оставаться общей. Вам нужно найти тот единственный проводник, который соединяет это всё с силовой землёй. Может мне просто везло, но я всегда находил эту перемычку. Нужно было её просто выпаять, дорожек я не перерезал ни разу.

Затем, нужно бросить перемычку от дорожки идущей от косички трансформатора на дорожку канала 3,3В, которая в свою очередь, идёт от ноги полевого транзистора так, чтобы из них получилась одна дорожка максимальной длины. Это и будет наш R4. Соответственно схемы переделки, подключаем вывод R7 рядом с косичкой трансформатора, а от ноги полевого транзистора, т.е. другого конца получившейся дорожки, она же наш R4, бросаем соединение на землю ШИМ. Резистор шунта R4 теперь у нас готов. Далее, выпаиваем 15-ю ногу ШИМ из платы, аккуратно приподнимаем над платой. Транзистор T1 у нас уже на месте, навесным монтажом устанавливаем R5 и R7. Остальная часть схемы собирается на отдельной платке и распаивается в нужные точки проводами. Выход для отрицательного провода берётся с площадок бывших 5В, именно туда подключен нужный вывод полевого транзистора, а плюса - с выхода 12В, соответственно.

Теперь надо запустить БП через амперметр и постепенно нагружать выход, например лампами от авто или мощными резисторами. С определенного момента при дальнейшем росте нагрузки, ток отдаваемый БП расти перестанет, а начнёт падать напряжение на выходе. Это и есть получившее значение ограничения тока. Если оно не совпадает с нужным вам, то его можно изменить подбором R7. Если нужно больше – R7 увеличиваем, если меньше – уменьшаем. Вот собственно и вся наладка.

Я уже сделал парочку по этому варианту, результатом доволен. Переделка и настройка достаточно проста, защита надёжна и не то чтобы не «капризна», а вообще не требует настройки. Канал -12В я оставлял, на нём получалось примерно -14В и я использовал его для питания вентилятора через резистор, R9 по схеме. Как я уже упоминал в начале, бывают БП с каналом 3,3В не на полевом транзисторе, тогда можно взять его где-либо и разместить на радиаторе соединив проводами с платой, а можно и не делать защиту такого типа, а применить другую. Например, на реле.

Бывает, что в режиме ограничения тока, появляется свист. По борьбе с ним в сети написано много, первоначально можно попробовать установить цепочку из резистора и конденсатора между 3-й и 15-й ногами TL494. Возможно, придётся повозиться с подбором номиналов этих деталей. Я остановился на 22кОм и 10нФ.

Если вдруг кто сам не догадался, то:

• HL1 светится когда «предохранитель» открыт и означает что-то вроде «К работе готов».
• HL2 светится если ШИМ работает и БП готов выдать напряжение на выход, и гаснет если сработала штатная защита от перегрузки и ШИМ был заглушен, либо ваше зарядное сгорело. Мне лично, такого добиться ни разу не удалось. Мой предохранитель вырубал раньше, чем БП успевал перегрузиться.
• HL3 загорается только если попутать клеммы аккумулятора, т.е. – «ошибка подключения (переполюсовка)».

Фото у меня всего два сохранилось, но на них можно найти и перемычку между землей и 3,3В, и резистор идущий от косички. К большому моему сожалению, не сохранились фото обратной стороны и готового устройства, но сейчас сфотографировать уже нечего. Зарядки нашли своих хозяев.

Вот всё, что осталось на память:

Фото 1 и 2.

Часть 2-я.

Теперь от простого перейдём к более сложному и более универсальному.

Следующая идея возникла как изготовление вещи для гаража (оказалось, что и для дома тоже), сочетающей в себе функции зарядного устройства и блока питания одновременно. Чтобы не напрягаться и не лепить ОУ для регулировки ограничения тока, возьмём изъезженный вдоль и поперёк очередной БП на TL494. Их всё ещё есть у меня.

Поставим себе такую задачу:

Диапазон выходных напряжений в режиме БП практически от 0 до 24В. А чего мелочиться, мало ли что нам понадобится запитать или зарядить. Отдельно нужно иметь возможность регулировать напряжение в режиме зарядного, от 12,4 до 15,9В более точно, а то при шкале от 0 до 24В сильно не разгуляешься. Зачем ставить два переменных резистора если можно обойтись одним? Для всех типов автомобильных и гелевых аккумуляторов должно этого диапазона хватить. А то понаделали их различных: свинец-свинец, кальций–свинец, кальций-кальций и т.д., а мы думай сколько делать на выходе.

И ещё, хоть я лично и сомневаюсь в необходимости реанимации полудохлых аккумуляторов, но решил реализовать примочку. А вдруг и правда однажды поможет?

Что же нужно для этого сделать. В основном всё тоже самое с небольшими отличиями.

Первым делом, выпаять все ненужное. Оставить только канал 12В и TL494 с обвязкой.

Чтобы получить 24В с сохранением должного запаса регулировки одной 12В обмотки будет маловато. Потому что, на ней размах импульсов как раз 24В, да и то при условии нормального напряжения в сети. Можно конечно мостовую схему и хоть 36В получай. Но при этом вся нагрузка только на 12В обмотки, причём без передыха, а не поочерёдно как сейчас. Но ведь у нас же бездействуют обмотки от 5В канала. Непорядок, надо их задействовать. А главное, после некоторых шевелений извилинами, оказалось что это, совсем несложно сделать.

Изначально схема выходной части БП в упрощённом виде выглядела так:

Рис 2.

Синими прямоугольниками очерчены мощные сборки, остальные диоды для отрицательных напряжений маломощные, обычно на 1-2А стоят. Мы её немного модернизируем.

Все обмотки трансформатора собраны в косичку, которая соединена с общим проводом, отмечено зелёным. Нет, расплетать мы её не будем, а просто выпаяем из платы. Теперь она оторвана от земли, а значит фактически, мы получили последовательное соединение 12В и 5В обмоток, с отводом, хоть он и не от середины. Это не традиционно, но и не запрещено! Теперь, если на места слабых диодов канала -5В поставить диоды из канала 5В и соединить их с массой, то получаем пару обмоток соединённых последовательно с амплитудой импульсов примерно в 34В. С этого момента получение 24В на выходе – не проблема. Обмотки по-прежнему будут работать все, а не часть. Это позволит получить больший ток на выходе без перемотки трансформатора.

Вот схема с изменениями и дополнениями:

Рис 3.

Правда, есть одна незначительная трудность, сборку из канала 5В напрямую применить не выйдет. Потому что, для минусового плеча, нам нужна сборка с общим анодом, а там стоит, с общим катодом. Понадобится две таких сборки. Выводы анодов можно соединить и получить обычный диод. Либо просто взять подходящие детали из другого места. Я поступил ещё более изощрённым способом. Валялись у меня две сборки на 10А и 40В. У каждой был пробит один диод. Вот оставшиеся я и использовал как обычные диоды. Безотходное производство сохраняет экологию планеты и экономит копеечку, а она рубль бережёт.

С ДГС я тоже произвёл некоторые манипуляции. Хотелось увеличить стабильность работы БП при малых токах, да и напряжение у нас стало больше традиционного для компьютерного блока питания. Поэтому обмотки канала 12В и 5В соединил последовательно. Остальные, тонкие, не используются.

Модернизацию силовых цепей на этом можно было бы и закончить, но есть ещё один сюрприз. Наш конденсатор на 16В, который обычно стоит в канале 12В, 24В не переживёт. Поэтому его необходимо заменить на 35-ти вольтовый. Емкость, на ваш вкус, у меня был на 2200мкФ его и установил, С7 по схеме.

Ещё нужно запитать вентилятор. Так как на выходе у нас теперь от 0 до 24 может быть, то туда его подключать не стоит. Где же взять подходящее напряжение? Кто ищет, тот всегда найдет! Питание будет двойным. Во первых, через диод D1 от 5В дежурки, во вторых от основного источника через D2, как можно видеть на схеме он подключается к выпаянной косичке. Первый будет обеспечивать вентилятор минимальным напряжением в отсутствие нагрузки, второй во время реальной работы. На холостом ходу у нас получится около 4.5В, а при появлении нагрузки, вырастет до 9-9.5В. Возможно этого окажется мало для полной загрузки в 240Вт. Но себе я решил сделать так, потому что грузить на всю не планирую, зато будет тише работать. Если вы планируете грузить по полной, то можно будет сделать немного по другому. Надо анод D2 подключить не к косичке, а к катоду Br1, затем поставить стабилизатор на 12В и уже от него запитать вентилятор. Не забудьте о радиаторе, греться будет не сильно, но заметно.

Теперь остаётся только изготовить небольшую плату управления и переднюю панель устройства. Смотрим схему. Кнопка S1 переключает режим работы с блока питания на зарядное устройство. В режиме «БП» таймер заблокирован и выходное напряжение изменяется от 0 до 24В. При включении режима «Зарядное» диапазон регулировки изменяется на 12,4-15,9В и разрешается работа таймера на NE555. Он позволяет с помощью переменного резистора Р1 устанавливать время отключения БП и одновременного подключения разрядной нагрузки на время от 2 до 50% цикла.

Например, если мы выставим 10%, то 9:10 времени будет идти заряд аккумулятора, а 1:10 времени его разряд через нагрузочные лампы. Это немного увеличит время его зарядки, но возможно продлит срок его службы. Мнения есть самые разные по этому поводу, какое из них правильное, я не знаю. Но часто люди просят чтобы было, так почему бы и не сделать.

Лампы использовал на 12В, но поставил их последовательно, для того чтобы не полыхали в полный накал. Слепит глаза и есть шанс ускоренного перегорания из-за частого включения-выключения. Следует иметь в виду, что по этой причине лампы будут гореть гораздо слабее и тока обычного для их мощности не заберут. Например при 10Вт лампах ток разряда будет около 0,6А, а при 35Вт не более 2А.

Что индицируют светодиоды, написано на схеме. Описывать работу таймера и делителей опорного напряжения, думаю, смысла нет. Там всё традиционно. Единственное отличие от предыдущих схем в том, что при регулировке выходного напряжения меняются не пропорции делителя входного напряжения, а опорное напряжение на 2-й ноге. Это позволило делать регулировку практически от 0В и легко переключать диапазон регулировки выходного напряжения. В схеме защиты от КЗ ничего нового тоже нет. Она уже встречалась не раз.

По используемым деталям. Смотрим схему, там все номиналы подписаны. Все переменные резисторы с линейной характеристикой. Транзистор Q1 хоть и работает в ключевом режиме, но небольшой радиатор я ему выделил.

Теперь немного по конструкции устройства.

Приборов индикации и регуляторов получилось довольно много и разместить это всё внутри мне показалось очень затруднительным. Решил сделать выносную переднюю панель где и разместить плату с таймером и индикацией, переменные резисторы и т.д. Измерения габаритов деталей показали, что расстояния в 18мм будет достаточно. Далее в программе FronDesigner 3.0 создал проект передней панели и распечатал. Соединяется панель с устройством через разъём VGA. Одна часть была выпаяна из дохлой материнской платы, вторая – внутренности купленного когда давно сборного разъёма для ремонта поломанных кабелей VGA мониторов. Один остался неиспользованным, вот и сгодился. Можно конечно использовать и другой, главное чтобы хватило количества контактов. Мне было нужно 11, а в VGA их 15 штук.

Компоненты готовы к сборке, осталось только соединить в одно целое:

Фото 3.

Выходные клеммы, панельки для ламп нагрузки и радиатор для Q1 разместились внутри свободного места БП. И крепятся к его крышке. Панельки для ламп были вынесены наружу по ряду причин:

• Не греть дополнительно воздух внутри БП
• Иметь возможность оперативно менять нагрузку, лампы для этих панелек видел в продаже на 10Вт, 20Вт и 35Вт. Возможно есть и другие.
• Можно оперативно удалить эти лампы, тогда никакого разряда не будет происходить вообще.

Все необходимые соединения смонтированы, можно скручивать дальше.

Фото 4.

Что и было сделано:

Фото 5.

Устройство уже прошло полевые испытания и показало свою работоспособность в обоих режимах. Аккумуляторы заряжало и светодиодную ленту на 12В 6А питало не напрягаясь. Тихо и не греется, то, что я и хотел. Режим тренировки опробовать не довелось. Не на чем. Так что, если кто будет пробовать, не забудьте поделиться результатами.

P.S. Совсем недавно, ещё одно применение нашлось. Заряжал им переделанный на Li-on батареи аккумулятор шуруповёрта. Получилось пять банок последовательно по 2А/ч, вместо 15шт. Ni-Cd на 1,2А/ч. Выставил в режиме «БП» напряжение на 21В и ток ограничил на 3А. Аккумуляторы быстро зарядились и при этом были чуть тёплые. Если ставить ограничение на 1-2А, то вообще не нагреваются, но дольше заряжаются. Момент окончания зарядки видно по убывающему току. Изначально он идёт на уровне выставленного ограничения.

Все вопросы в Форум.