«Один импульсный блок питания хорошо, а три - трижды хорошо!

 Народная радиолюбительская мудрость»

 

Уважаемый РадиоКот! От всей души поздравляю Тебя с Днем Рождения, ведь ШЕСТЬ лет, это уже очень серьезный и умный Кот! Всего Тебе самого лучшего, много, удачи и активного развития! Так же огромное СПАСИБО за Ваш сайт, за Ваш труд, благодаря которому мы все набираемся знаний и опыта! А в подарок небольшое, красочное  повествование.

 

    Здравствуйте уважаемые читатели! Сегодня наше путешествие в мир электроники пройдет под знаменем русской поговорки «ВМЕСТЕ МЫ СИЛА!», где под «МЫ», имеются в виду блоки АТАТХ. Очень часто владельцы источников питания АТХ/АТ задают вопрос о возможности параллельного или последовательного включения блоков. Такая возможность присутствует во всех АТХ/АТ блоков питания после небольшой и полностью беззатратной переделки. Но, конечно, необходимо соблюдать некоторые правила соединения двух и более источников питания. При параллельном подключении источников необходимо, чтобы все источники были с одинаковым номиналом выходного напряжения (например, 10В/50А и 10В/50А, на выходе будет 10В/100А). При последовательном подключении источников, необходимо, чтобы все источники были с одинаковым номиналом выходного тока (например, 10В/50А и 15В/50А, на выходе будет 25В/50А). Подключение источников с разными номиналами может привести к перекосу распределения мощности между блоками и, как следствие, возможной перегрузке какого либо из блоков.

    Я поведаю Вам о том, как же преодолеть барьер высоких мощностей (достаточных для радиоКота), совершенно простыми и подручными средствами. Каждый наверняка сталкивался с необходимостью в мощном регулируемом источнике питания. Кому то приносили мощные автомобильные усилители с током потребления в 50 ампер по питанию 12в, разные UPSы, да и прочую технику. Ну, а может кто-то из Вас хотел заняться гальваникой? А может Вы просто хотели зимой завести авто от розетки? Во всех этих случаях Вам, конечно же не хватало мощного источника питания. А ведь такой мощный блок просто так на коленке быстро не собрать, и на это нужно много времени и сил. Так давайте же вместе развеем этот миф, и соберем такой мощный блок, на все случаи жизни, всего за…… два вечера, придя после работы домой!  «Не может быть!» невольно возразите Вы, а как же необходимые детали, трансформаторы, ферриты, мосты, и прочее, прочее…..  А зачем нам это все?  Нам достаточно заглянуть каждому в свою кладовку (или под рабочий стол) и там все необходимое у каждого радиоКота уже есть и, так сказать, давно там пылится!!! Заглянули?  И что мы там видим? Ха! Совершенно верно – компьютерный блок питания! Да и не один! Ну и на кой они Вам? Так и будут дальше валяться? Конечно нет! Мы с вами соорудим мощный блок питания для всех случаев жизни радиоКота. Это и зарядка, и пусковое, и  лабораторный блок питания, и источник для гальваники и т.д. и т.п. Каскадное соединение источников питания - просто необходимость. Давно уже просматривается тенденция в получении больших мощностей с помощью большого числа блоков, меньшей мощности и работающих совместно на одну нагрузку.

   Все необходимые детали у нас для этого уже есть. Нам надо всего 3 одинаковых АТ или АТХ блока питания. Помянем добрым словом жителей Китая, за то, что они большую часть работы уже сделали за нас. Будем собирать блок питания с такими параметрами:

Напряжение входное…………………………………………………….~170в – 240в

Напряжение выходное регулируемое………………………… от 6в до 18в

Мощность максимальная……………………………………………….750W

Ток выходной регулируемый…………………………………………от 6 ампер  до 50 ампер

Вес ……………………………………………………………………………………3 кг.

Возможность наращивания мощности……………………………ЕСТЬ.

   Я, надеюсь, Вам понравились показатели Вашего будущего блока питания?  Ну а если мало этого, то я в конце путешествия расскажу Вам как их еще поднять до 1500W, или до 3000W, ведь вы поговорку еще не забыли? Выглядит «трио-блок» примерно так:

Рис1.

Рис1а.

Рис2.

    Тогда начнем! Особо в схемотехнику АТ, АТХ блоков питания вдаваться не будем, так как её знает любой радиоКот уже на столько, что разбуди его ночью и спроси «Как?», все расскажет как,  куда и зачем. Все еще помнят, чему нас учили в школе, на уроках физики? Там были уроки про элементы питания, которые можно собирать в батареи как угодно, хочешь последовательно, хочешь параллельно, хочешь параллельно – последовательно. Ну так вот, мы и продолжим наш урок, только вместо элементов у нас будут - компьютерные источники питания. Это наши такие своеобразные «кирпичики» для построения каскадного мощного блока питания. Ведь все же знают, что если Вы соедините последовательно например, три блока или аккумулятора по 5В и каждый из которых может отдать ток 50А (например), то ток 50А от получившихся 15В мы получим, но ни как не 150А, как ни старайтесь (полный закон Ома). Примерно так же и в нашем случае. Б_о_льший ток мы получим при параллельном соединении БП (при том же напряжении 5В в примере с аккумуляторами). При последовательном соединении аккумуляторов, главное требование - одинаковость их характеристик. Компьютерный блок тоже самое. Но собираемые в каскады блоки питания должны быть одинаковыми. Ведь в разных блоках могут стоять разные диодные сборки, разные дросселя групповой стабилизации и конденсаторы. Может, даже, в одном блоке стоят дополнительные дроссели по питанию, а в другом - нет. Частоты блоков и текущие длительности импульсов ШИМ, так же, могут отличаться. Всё это определяет выходное сопротивление каждого блока. Если эти сопротивления окажутся сильно разными, то на предельных токах нельзя будет получить равного распределения выходной мощности между блоками. Значит, один блок будет выдавать большее напряжение, чем другой. Перекос мощности, конечно же, скажется на надёжности работы. Но насколько опасен, такой перекос, сказать трудно, так как слишком от многих факторов он зависит. Поэтому все же приведем наши блоки к одному общему знаменателю (лучше сразу взять три одинаковых).

   Мы будем соединять блоки питания последовательно, а не параллельно, исходя из экономических соображений и простоты реализации. Диоды шоттки низковольтные на 40 вольт и на 30 ампер легче найти (их с блоков можно набрать целую ладонь) и их можно соединить параллельно, тем самым  получить диод 40 вольт 60 ампер. Это означает, теоретически, такое соединение диодов в двухтактном режиме может обеспечить протекание тока в 60 ампер. Падение на 6 диодах шоттки меньше при последовательном соединении блоков, чем на 6 диодах ультрафаст при параллельном соединении блоков питания (а они тогда нужны уже не менее 200 вольт, плюс желателен подбор по одинаковым параметрам).

Давайте рассмотрим структурную схему из которой нам всё сразу станет ясно:

Рис3.

    Все линии одной расцветки имеют одноименное назначение. Например, линия красно-синяя с дежурного блока питания 20-25в - означает, что это питание заводится во все функциональные блоки от данного блока питания. Три кирпичика А, В, С каждый дают напряжение от 2 до 6 вольт и ток от 6 до 50 ампер. Но, надо учитывать максимально допустимую мощность, если выставили 18 вольт, то даем максимальный ток только 40А, ну а если 12 вольт, то можно брать ток в нагрузку и все 50А.

 План действий по разбору схемы будет таким:  Сначала читаете, вникаете. Разбираем каждый функциональный блок отдельно. Осциллограммы, наладка, проверка каждого блока. Потом я приведу полную принципиальную схему, в которой нам станет все понятно. И, только потом начнем по пунктам собирать  и отлаживать «трио-блок». Поехали!

1. Рассмотрим блок ШИМ контроллера. Схема принципиальная. Настройка, таблица напряжений, формы сигналов.

   Схема контроля тока и напряжения может быть совершенно любой, главное, что бы хорошо работала, а «нагуглить» в интернете можно много самых разных вариаций. Данная схема взята из форума радиокота, из-за того, что имеет самую простую реализацию, очень удобную настройку и хорошо себя зарекомендовала в работе. В данной схеме "токовый" усилитель включен в диагональ измерительного моста образованного резисторами R11,R12 и R1,R2,R3,R4,R5,шунт. Шунт является источником напряжения, вызывающего разбаланс измерительного моста. На первом этапе построения блока нам надо получить соответствие напряжения и осциллограмм на выводах микросхемы.

Рис4. Схема.

Начальная наладка данного узла сводится к следующим шагам:

1. установке на выводе 2, 15 половины опорного напряжения = 2,5 вольт с помощью R11, R12.
2. установке на выводе 16 половины опорного напряжения = 2,49 вольт. Резисторы R1,R2 установить в положение максимального сопротивления. Резистором R4 выставить такое положение, когда TL494 только начинает давать коротенькие импульсы, и так пока оставить.
3. Подогнать с помощью R7, R9 и R10 диапазон регулировки напряжения от 6 до 18 вольт. Для этого подключим временно сопротивление R18 1к и будем подавать напряжение от 6 в до 18 вгоняя в заданный диапазон. Ориентиром будет появление или пропадание импульсов с выхода 494  с выводов 8 или 11. После примерной калибровки так пока оставить.
4. Установка дополнительного мертвого времени. Данный пункт необходим для дополнительного повышения надёжности блока, полностью исключая возможные пробои силовых ключей из-за сквозного тока. Для лучшей наглядности нужно установить временное соединение выводов 8 и 11 перемычкой. Далее настроим минимально допустимую ширину импульсов (дед-тайм) с помощью R14. Выставляем  около 2 -4 мкс (см. рисунок 6).

      Когда подключим силовой каскад блока питания С, то все настройки продолжим и отполируем.

      Теперь подключив только 20 вольт, и не подключая силу и распределитель, посмотрим осциллограммы. Осциллограммы с выходом ни куда не нагруженным (в воздухе), поэтому напряжение импульса будет в размахе 20 вольт. Здесь показано какую ширину смотреть, для отсчета 2 - 4 мкс. Можно было оставить как и было - 2 мкс, но для подстраховки лучше увеличить мертвое времени до 4 мкс, хуже от этого точно не будет.  Это лишний раз убережет выходные транзисторы от сквозного тока, если они вдруг окажутся ну слишком медленными.

Все резисторы которые нужно настраивать обведены в пунктирный красный кружок.

Рис6.

Теперь снимаем временную перемычку, чтобы не забыть.

 2. Рассмотрим блок распределителя импульсов. Схема принципиальная. Настройка, формы сигналов.

    Схема распределителя импульсов представляет собой несколько изменённый простейший двухтактный эмиттерный повторитель. В каждый добавлена форсирующая цепь и ограничительный резистор в цепи коллектора обратного транзистора.  Таких повторителей всего шесть, по два на каждый блок питания.

Рис7.

Плата в стадии сборки:

Рис8.

Рис9.

 

Рис10.

 

Настройка распределителя не требуется, и если всё собрано из исправных деталей, то начинает работать сразу.  Формы сигналов приведены ниже.

Рис11.

 

     Для лучшей наглядности и понимания что же происходит на выходе и как управляется силовой выходной каскад, лучше проводить наблюдения двух лучевым осциллографом. Но можно и с одним лучом. Для наблюдения можно временно добавить резистор на 470 ом между 8 и 11 выводом 494. Тогда мы увидим такую картину (смотрим рисунок, там пояснения), за одно можно еще раз проверить мертвое время.

Рис12

    Теперь проверим работу форсирующей цепи, которая ускоряет переключение транзисторов. Для этого станем осциллографом в точку соединения двух баз КТ315 и КТ361, и наблюдаем на спаде импульса не большое отрицательное напряжение. Если оно есть, то цепь исправна.

Рис13. проверка работы форсирующей RC цепи:

 3. Рассмотрим силовую часть. Схема принципиальная. Настройка, таблица напряжений, формы сигналов.

Рис14.

     Схема стандартна, и её каждый знает, поэтому описывать нет смысла. Сразу переходим к безопасным  испытаниям силовой части блока, так мы можем смело все облазить и обмерять. Для этого понадобится соединить сетевой вход блока с 20В, которые мы используем для питания ШИМ 494 и распределителя. Полярность не важна, т.к. там на входе есть мост. Подключаем 20 вольт.  На выходе диодного моста должно быть напряжение 18-19В.  Соответственно на каждом электролите высокого напряжения будет примерно по 9В.  Между эмиттером и коллектором каждого силового транзистора также должно быть 9В.    Теперь перемычкой замыкаем (припаиваем) выход 2-6в накоротко. Делаем это для того, что бы в полной мере заработал согласующий трансформатор. Осциллограммы на коллекторе, или базе силового транзистора измерять относительно его эмиттера. Напряжение будет меняться от 0 до 19В если на коллекторе, и в пределах 4 вольт если на базе).  При этом процесс перехода напряжения на коллекторе от низкого уровня к высокому должен быть как можно круче, почти мгновенным.   Если переходной процесс происходит плавно (присутствует небольшой наклон),  то скорее всего уже через несколько минут радиатор силовых транзисторов очень сильно нагреется. (при нормальной работе - радиатор должен быть холодный)

Рис15.

    Для лучшего закрывания и надежного удержания одного силового транзистора в закрытом состоянии, на время коммутации второго силового транзистора напряжение на базе должно быть отрицательным, если транзистор закрыт, и положительным, если открыт (см. рис15). Желательно маленькие электролиты в базовых цепях заменить на новые или на неэлектролитические (пленочные например). На этом предварительную проверку силового блока можно завершить.

4. Рассмотрим дежурный блок питания. Схема принципиальная.

Рис16.

    Блок шим и распределитель импульсов питается от двухполупериодного выпрямителя, а вентиляторы от однополупериодного, для снижения на них напряжения. Стрелкой показано течение тока для питания вентиляторов.

    Вот и всё, все блоки по отдельности рассмотрели. Далее привожу всю   схему   целиком  и начнем сборку и наладку. Схема довольно большая, формат А0, поэтому её лучше скачать отдельно и посмотреть в любой программе просмотра изображений, а не в браузере:

Рис 17.

   Общая подготовка к запуску старых АТ и АТХ  БП о которых не известно - сколько они проработали и как долго и в каких условиях после этого хранились. После внешнего осмотра и разборки промывем и сушим плату. Затем выпаиваем все электролиты: по питанию TL494, в цепи плавного пуска меняем на новые. В базовых цепях ключей – меняем на новые обязательно или лучше на керамику того же номинала. Затем  формуем фильтрующие электролиты - 220-680 мкф на 200-250в. Для этого соединяем параллельно и через диодный мост и лампочку 220в 15 - 25 Вт подключаем к латру. Напряжение повышаем постепенно по 20 - 30 в каждые полчаса, контролируя при этом ток утечки по падению напряжения на лампе. Весь процесс довольно длительный и занимает 3-5 часов. Этот процесс необходим высоковольтным электролитам после долгого хранения. Если утечек нет - измеряем ёмкость, и если нормально впаиваем в плату, если нет то меняем на новые. Если возиться не хочется, то просто сразу меняем на новые, только проверить на емкость.

   Для переделки брались три блока фирмы CODEGEN 300, как самые распространенные. Из трех одинаковых берем два блока. Эти два блока приводим в соответствие со схемой функционального блока силовой части. Выпаиваем 494, и все транзисторы мелкие, кроме предвыходных…. Вообще идем по схеме. Для дросселя используем обмотки канала 5 вольт, (они там в два провода намотаны). Диоды SBL3040 ставим два в параллель. Тот, который там стоял, так и оставляем, и ставим туда еще один. Желательно диоды брать одной фирмы. В блоках CODEGEN 300 они уже стояли в канале 3,3 вольта, и я их просто перекинул перемычками на 5 вольтовую обмотку силового трансформатора. Обмотка с канала 12 вольт силового трансформатора не используется.

Должно получиться примерно как на фото. Это блоки А и В.

Рис18.

   В третьем блоке силу делаем одинаково, как и все предыдущие, но не выпаиваем 494 с обвязкой, а также если исправна дежурка, то можно использовать родную (я использовал родную), а так все согласно схеме. Допаиваем нужные резисторы, переменные резисторы, шунт.  Шунт берем три толстых кусочка манганина длинной 3 см диаметром 1 -3 мм. Удельное сопротивление 0.548 ом на метр длины.  Сопротивление не важно, там будет около 0,006-0,01ома. Впаиваем их паралелльно торчком в плату, где выходили черные провода минуса, а ко второму концу припаиваем переменный резистор одним крайним выводом и бегунком. Этот же конец шунта в воздухе и будет минусовым выходом. По порядку все делаем  по схеме, кроме одного: пока не перерезайте дорожки идущие от 8 и 11 вывода к 945 транзисторам. (это потом сделаем, когда все настроим и будем добавлять распределитель и драйверы).

Фото третьего блока С:

Рис19.

    Когда все сделали, включаем в сеть через одну лампочку 100W и продолжаем настройку. Убеждаемся что на 2 выводе 2,5 вольт. Проверяем напряжение на выходе, и настраиваем с помощью R8 и R10 (все позиционные обозначения смотрим по полной схеме) диапазон регулировки напряжения от 6 до 18 вольт. Когда это сделали, включаем в сеть через три - четыре лампочки 100W параллельно (на всякий случай) и продолжаем настройку.  Резисторы R1, R3 установить в положение максимального сопротивления. R7- в среднее положение. Подключить амперметр на выход напрямую. Резистором R1 выставить минимальный ток 6А. Переведя R2 в положение минимального сопротивления - подстройкой R7 выставить максимальный ток равный 50 ампер (для этого нужно заблаговременно сделать такой амперметр). Переведя R2 в положение макс. сопротивления проверить мин. ток (6А). После настройки подстроечные сопротивления R7, R1 лучше заменить на постоянные. Далее  подключить через амперметр нагрузку 0,1 – 0,3 ома, и по сети убрать лампы, и повторить проверку диапазонов регулирования тока.

    В итоге получится один ведущий блок на напряжение от 3 до 6 вольт и ток от 6 до 50 ампер, который будет управлять оставшимися двумя ведомыми. Теперь разрезаем дорожки идущие от 8 и 11 вывода к 945 транзисторам, при этом резисторы которые идут на +20в с этих выводов должны остаться с микросхемой, для подтяжки коллекторов в микросхеме к плюсу. Теперь подключаем распределитель импульсов согласно схеме. Он будет находиться в третьем блоке, над основной платой дорожками вверх для удобства пайки проводов. Входы верхний ключ и нижний подключаем к 494, а выхода распределяем по блокам каждому по паре - верхний ключ и нижний. Для этого берем обычный двойной провод с сечением 0,2 мм^2. Далее на каждый блок заводим питание 20 вольт (на третьем оно уже заведено с дежурки), тоже используем обычный двойной провод с сечением 0,2 мм^2. Далее заводим каждому блоку корпус. У каждой платы блока разрезаем дорожки, идущие на сам металлический корпус под болты. Отключать минус выходных напряжений от металлического корпуса блока необходимо и это обязательно. Это для того, что бы не было связи мимо шунта, при случайном коротыше на металлический корпус. Все Y конденсаторы со всех блоков питания соединяем с общим корпусом. Подаем от третьего блока каждому следующему 220 вольт внешней гибкой перемычкой в двойной изоляции (например, проводом ПВС).

    Теперь включаем «трио – блок» в сеть 220в через лампу 100W. Проверяем напряжение на выходе каждого блока, что бы оно было примерно одинаковым. Например, выставили 6 вольт, то и на каждом должно быть примерно по 6 вольт. Выключаем. Теперь соединяем выхода каждого блока согласно схеме – последовательно.  Для соединения берем выходные провода, которые отпаяли от блоков перед переделкой. Для этого надо скрутить по 10 - 15 проводов вместе на один провод. Я скручивал только по семь в один и они ощутимо греются, поэтому лучше брать больше. Включаем. Меряем напряжение на выходе трех последовательно соединенных блоках питания. Оно должно быть в три раза больше чем на одном. Выключаем. Резистором R2 выставить минимальный ток, переведя его в положение макс. сопротивления. Подключить амперметр на выход напрямую. Включаем. Ток должен быть 6А. Далее увеличиваем ток до 12А, медленно вращая переменный резистор. Выключаем. Проверяем радиаторы на предмет перегрева, и если все нормально, то продолжаем дальше. Подключаем вентиляторы, для обдува каждого блока питания. Включаем в сеть через три – четыре лампочки 100W параллельно (ну на всякий случай) и продолжаем проверку. Далее увеличиваем ток до 30А, медленно вращая переменный резистор. Выключаем. Проверяем радиаторы на предмет перегрева, и если все нормально, то продолжаем дальше. Включаем в сеть напрямую и продолжаем проверку. Далее очень – очень плавно увеличиваем ток до 50А, медленно вращая переменный резистор. Выключаем. Проверяем радиаторы на предмет перегрева, и если все нормально, то продолжаем дальше. Подключаем нагрузку 0,2 ома. (много нихромовых коротких проволок параллельно с обдувом вентиляторами). Включаем в сеть напрямую и продолжаем проверку. Плавно увеличиваем ток с 6А до 30А, медленно вращая переменный резистор (вентиляторы при этом обдувают блоки). Держим 1 минуту. Выключаем. Проверяем радиаторы на предмет перегрева, и если все нормально, то продолжаем дальше. Плавно увеличиваем ток с 30А до 50А, медленно вращая переменный резистор (вентиляторы при этом обдувают блоки – это обязательно!). Держим 1 минуту. Выключаем. Проверяем радиаторы на предмет перегрева, и если все нормально (примерно градусов 40 – 50), то настройка завершена.

    По корпусу: нужно повернуть перегородки спереди и сзади поперек корпуса, для лучшего движения потока воздуха. Далее собираем всё в корпус, и проверяем температурный режим в корпусе (температура будет выше примерно градусов 10-20, чем в разобранном виде на столе), включив сначала на 1 минуту, потом на 10, потом на час.

    Контролировать напряжение (заводить ОС по напряжению) надёжней на третьем блоке (блок С). Тогда в случае выхода из строя одного блока, ширина управляющих импульсов не изменится, и не будет стремиться к максимуму для компенсации провала напряжения на треть. Но тогда стабилизация напряжения немного хуже чем, если контролировать выходное напряжения со всех блоков питания сразу (на схеме показано пунктирной линией).

Общий вид блока со снятой крышкой с блока В и С:

Рис20.

На фото видно как разогнуть щели продувки для лучшего охлаждения.

Рис21.

Компоновка платы распределителя в блоке С. Видны на фото также диоды SBL3040 в паре, а также родная рабочая дежурка, которая использовалась для питания +20в и для вентиляторов +12в.

Рис22.

Фото блока в работе на нагрузку, как видно в запасе еще около 20 ампер.

Рис23.

Ампервольметр использовался со статьи «моддинг блока питания», только переделан на измерение до 99,9 А и 99,9 В.

А это домашняя нагрузка:

Рис24.

  Теперь, как и обещал, расскажу как можно увеличить мощность, ток, напряжение простыми средствами. Наши «кирпичики» (блоки питания) можно наращивать в столбик, для повышения напряжения до безграничного количества (теоретически, но в принципе можно соединить 20 штук). Если нужен больший ток, тогда соединяем параллельно. Можно и параллельно – последовательно.

Вот пример построения мощного блока от 12 до 36 вольт:

Рис25.

Просто добавили еще шесть повторителей в распределитель, и добавили еще блоков типа А и В три штуки.

Можно соединять параллельно:

Рис26.

Можно нарастить мощности:

Рис27.

Можно применить и смешанное соединение:

Рис28.

  Скажу, что по данной методике можно переделать БП АТ/АТХ и на другие заданные параметры, этот я делал для использования в качестве лабораторного мощного источника питания и для гальваники. Сейчас думаю поставить такой двойной трио блок для запуска зимой автомобиля, а то ведь и зима может неожиданно нагрянуть.....

  Вот и подошло к концу наше интересное путешествие, и у Вас на столе надеюсь, появился уже мощный каскадный блок из АТ/АТХ, который монотонно жужжит своими тремя черными вентиляторами, питая Ваш мощный автоусилитель с сабвуферами.

До встречи на форуме.

За сим я откланяюсь, и пойду паяльник греть, для следующего путешествия в увлекательнейший  безграничный мир электроники.

 

В приложенных файлах - печатные платы в Sprint-Layout 5.0, картинки, схемы в Splan7.0, даташиты на 494.

Файлы:
Даташиты
плата
архив картинок
схемы спл

Все вопросы в Форум.