Как правильно переделать codegen atx 300w в регулируемый блок питания

Обновлено: 07.07.2024

Данная статья (первый вариант) была написана для моего собственного проекта, который в настоящее время находится в умирающем положении и будет перепрофилирован. Так как я считаю, что статья будет полезна многим людям (я сужу по многочисленным письмам, в том числе и от читателей Вашего ресурса), предлагаю Вам разместить вторую редакцию данного творения.

Надеюсь, это будет интересно Вам и Вашим читателям.

С уважением, Саша Черный.

Хорошая и стабильная работа компьютера зависит от многих факторов. Не в последнюю, а может и в первую очередь, это зависит от правильного и надежного блока питания. Обычный пользователь прежде всего озабочен выбором процессора, материнской платы, памяти и других комплектующих для своего компьютера. На блок питания внимание обращается мало (если вообще обращается). В результате основным критерием выбора БП является его стоимость и указанная на этикетке заявленная мощность. Действительно, когда на этикетке написано 300 вт – это конечно хорошо, и при этом цена корпуса с БП составляет 18 – 20$ - вообще замечательно. Но не все так просто.

И год и два и три назад цена на корпуса с БП не менялась и составляла те же 20$. А что же менялось? Правильно – заявленная мощность. Сначала 200вт потом 235 – 250 – 300 вт. В следующем году будет 350 – 400 вт. Произошла революция в БП-строении? Ничего подобного. Вам продают одни и те же БП только с разными этикетками. Причем, зачастую 5 летней давности БП с заявленной мощностью 200вт, выдаёт больше чем свежий 300 ваттник. Что поделаешь - удешевление и экономия. Если нам корпус с БП достается за 20$, то, сколько его реальная себестоимость с учетом транспортировки из Китая и 2-3 посредниками при продаже? Наверное, 5-10$. Вы представляете себе, какие туда детали засунул дядюшка Ляо за 5$? И вы ЭТИМ хотите нормально запитать компьютер стоимостью от 500$? Что же делать? Покупать дорогой блок питания за 60 – 80$ это, конечно, хороший выход, когда есть деньги. Но не самый лучший (деньги есть не у всех и не в достаточном количестве). Для тех, у кого нет лишних денег, а есть прямые руки, светлая голова и паяльник – предлагаю несложную доработку китайских БП с целью приведения их в чувство.

Если посмотреть на схемотехнику фирменных и китайских (no name) БП, то можно увидеть, что они очень похожи. Используется одна и та же стандартная схема включения на базе микросхемы ШИМ КА7500 или аналогов на TL494. А в чем же между блоками питания разница? Разница в применяемых деталях, их качестве и количестве. Рассмотрим типичный фирменный блок питания:

Рисунок 1

Видно, что он довольно плотно упакован, отсутствуют свободные места и все детали распаяны. Присутствуют все фильтры, дроссели и конденсаторы.

Дешевая 3070 Gigabyte Gaming - успей пока не началось

Теперь рассмотрим типичный БП JNC с заявленной мощностью 300 вт.

Рисунок 2

Бесподобный образец китайской инженерной мысли! Нет ни фильтров (вместо них стоят "специально обученные перемычки"), ни конденсаторов, ни дросселей. В принципе без них тоже все работает – но как! В выходном напряжении присутствует шум переключения транзисторов, резкие выбросы напряжения и значительная его просадка при различных режимах работы компьютера. Какая тут уж стабильная работа.

Вследствие примененных дешевых комплектующих работа такого блока очень ненадежна. Реально выдаваемая безопасная мощность такого БП – 100-120 вт. При большей мощности он просто сгорит и утянет за собой половину компьютера. Как же доработать китайский БП до нормального состояния и сколько реально нам мощности нужно?

Хочется отметить что, сложившееся мнение о высоком энергопотреблении современных компьютеров, немного неверно. Упакованный системный блок на базе Pentium 4 потребляет меньше 200 вт, а на базе AMD ATHLON XP меньше 150 вт. Таким образом, если мы хотя бы обеспечим БП реальные 200-250 вт., то одним слабым звеном в нашем компьютере будет меньше.

Высоковольтные конденсаторы
Высоковольтные транзисторы
Высоковольтные выпрямительные диоды
Высокочастотный силовой трансформатор
Низковольтные диодные выпрямительные сборки

Братья китайцы умудряются и здесь экономить. Вместо высоковольтных конденсаторов 470мкф х 200 вольт они ставят 200мкф х 200 вольт. Эти детали влияют на способность блока держать кратковременное пропадание сетевого напряжения и на мощность выдаваемого напряжения БП. Ставят маленькие силовые трансформаторы, которые сильно нагреваются при критических мощностях. А так же экономят на низковольтных выпрямительных сборках, заменяя их на два спаянных вместе дискретных диода. Про отсутствие фильтров и сглаживающих конденсаторов уже говорилось выше.

Типичный вид низковольтных выпрямительных диодов в дешевых блоках такой:

Рисунок 3

или, что хуже, такой

Рисунок 4

Первая диодная сборка обеспечивает 10 ампер на 40 вольт, вторая – 5 ампер мах. При этом на крышке БП написаны следующие данные:

Рисунок 5

Заявлено 20-30 ампер, а реально выдается 10 или 5 ампер. Причем на плате БП предусмотрено место для нормальных сборок, которые там должны стоять:

Рисунок 6

По маркировке видно, что это 30 ампер на 40 вольт – а это уже совсем другое дело! Эти сборки должны стоять на канале +12в и +5в. Канал +3.3в может быть выполнен двумя способами: либо на такой же сборке, или на транзисторе. Если стоит сборка, то ее меняем на нормальную, если транзистор, то оставляем все как есть.

Итак, бежим в магазин или на рынок и покупаем там 2 или 3 (в зависимости от БП) диодные сборки MOSPEC S30D40 (на канал +12 вольт S40D60 – последняя цифра D – напряжение – чем больше, тем на душе спокойнее или F12C20C – 200 вольт ) или аналогичные по характеристикам, 3 конденсатора 2200 мкф х 16вольт, 2 конденсатора 470 мкф х 200 вольт. Все эти детали стоят примерно 5-6$.

После того как мы все поменяли, БП будет выглядеть примерно так:

Дальнейшая доработка БП сводится к следующему. Как известно в БП каналы +5 вольт и +12 вольт стабилизируются и управляются одновременно. При установленном +5 вольт реальное напряжение на канале +12 составляет 12,5 вольт. Если в компьютере сильная нагрузка по каналу +5 (система на базе AMD), то происходит падение напряжения до 4,8 вольт, при этом напряжение по каналу +12 становится равным 13 вольтам. В случае с системой на базе Pentium 4 сильнее нагружается канал +12 вольт и там все происходит наоборот. В силу того, что канал +5 вольт в БП выполнен гораздо качественнее, то даже дешевый блок будет без особых проблем питать систему на основе AMD. Тогда как энергопотребление Pentium 4 гораздо больше (особенно по +12 вольтам) и дешевый БП нужно обязательно дорабатывать.

Завышенное напряжение по каналу 12 вольт очень вредно для жестких дисков. В основном нагрев HDD происходит по причине повышенного напряжения (больше чем 12,6 вольт). Для того чтобы уменьшить напряжение 13 вольт достаточно в разрыв желтого провода, питающего HDD, впаять мощный диод, например КД213. В результате напряжение уменьшится на 0.6 вольт и составит 11.6 вольт – 12,4 вольт, что вполне безопасно для жесткого диска.

В результате мы получили нормальный БП, способный отдавать в нагрузку не меньше 250 вт (нормальных, не китайских!!), который к тому же станет гораздо меньше греться.

Предупреждение. Все, что Вы будете делать со своим БП – Вы делаете на свой страх и риск! Если Вы не обладаете достаточной квалификацией и не можете отличить паяльник от вилки, то не читайте,что здесь написано и тем более не делайте.

Комплексное снижение шума у компьютеров

Как бороться с шумом? Для этого у нас должен быть правильный корпус с горизонтальным расположением блока питания (БП). Такой корпус имеет большие габариты, но гораздо лучше выводит излишнее тепло наружу, так как БП расположен над процессором. Имеет смысл поставить на процессор кулер с вентилятором размерами 80х80, например серии Titan. Как правило, большой вентилятор при одинаковой производительности с маленьким, работает на меньших оборотах и издает меньше шума. Следующим шагом станет понижение температуры процессора при простое или маленькой нагрузке.

Как известно, большую часть времени процессор компьютера простаивает в ожидании реакции пользователя или программ. В это время процессор просто зря гоняет пустые циклы и нагревается. Бороться с этим явлением призваны программы охладители или софт-кулеры. В последнее время эти программы даже стали встраивать в БИОС материнской платы (например, EPOX 8KRAI) и в операционную систему Windows XP. Одна из наиболее простых и эффективных программ – это VCOOL. Эта программа при работе процессора AMD выполняет процедуру Bus disconnect – отключение шины процессора при простое и снижение тепловыделения. Поскольку простой процессора занимает 90% времени, то охлаждение будет очень существенное.

Здесь мы подходим к пониманию того, что вращение вентилятора кулера на полной скорости для охлаждения процессора нам не нужно. Как понизить обороты? Можно взять кулер с регулировкой оборотов выносным регулятором. А можно воспользоваться программой управления скоростью вентилятора – SPEEDFAN. Эта программа замечательна тем, что в ней можно настроить обороты вентилятора в зависимости от нагрева процессора путем задания температурного порога. Таким образом, при старте компьютера, вентилятор имеет полные обороты, а при работе в Windows с документами и интернетом скорость вентилятора автоматически снижается до минимальных.

Комбинация программ VCOOL и SPEEDFAN позволяет при работе в Word и Интернет вообще останавливать кулер и при этом температура процессора не поднимается выше 55С ! (Athlon XP 1600). Но у программы SPEEDFAN есть один недостаток – она работает не на всех материнских платах. В таком случае понизить скорость вентилятора можно, если перевести его на работу с 12 вольт на 7 или даже на 5 вольт. Обычно кулер присоединяется к материнской плате с помощью трехконтактного разъема. Черный провод это земля, красный +12, желтый - датчик оборотов. Для того, чтобы перевести кулер на питание 7 вольт, нужно черный провод вытащить из разъема и вставить в свободный разъем (красный провод +5вольт) идущий от БП, а красный провод от кулера вставить в разъем БП с желтым проводом (+12).

Рисунок 9

Желтый провод от кулера можно оставить в разъеме и вставить в материнскую плату, что бы мониторились обороты вентилятора. Таким образом, мы получаем 7 вольт на кулере (разница между +5 и +12 вольт составляет 7 вольт). Что бы получить 5 вольт на кулере достаточно присоединить только красный провод кулера к красному проводу БП, а два оставшихся провода оставить в кулерном разъеме.

Таким образом, мы получили процессорный кулер со сниженными оборотами и низким шумом. При значительном снижении шума теплоотведение от процессора не снижается или снижается незначительно.

Следующий шаг – снижение тепловыделения жесткого диска. Поскольку главный нагрев диска происходит из-за повышенного напряжения по шине +12 вольт (реально здесь всегда 12.6 – 13,2 вольт), то здесь все делается очень просто. В разрыв желтого провода, который питает винчестер, впаиваем мощный диод типа КД213. На диоде происходит падение напряжения примерно 0,5 вольт, что благоприятно сказывается на температурном режиме винчестера.

Далее займемся блоком питания. Рекомендуется вентилятор БП перевести на питание с 12 на 7 вольт. По аналогии с процессорным кулером перепаиваем внутри БП вентилятор (черный на +5 вольт, красный на +12вольт)

А может пойти еще дальше? Перевести вентилятор БП на 5 вольт? Просто так перевести не получится – нужна доработка БП. А заключается она в следующем. Как известно, основной нагрев внутри БП испытывает радиатор низковольтной части (диодные сборки) – порядка 70-80 С. Причем наибольший нагрев испытывает сборка +5в и +3.3в. Высоковольтные транзисторы у правильного блока ( эта часть БП практически у 95% БП правильна, даже у китайских) греются до 40-50 С и их мы трогать не будем.

Очевидно, что один общий радиатор для трех шин питания слишком мал. И если при работе вентилятора на больших оборотах радиатор еще нормально охлаждается, то при снижении оборотов происходит перегрев. Что делать? Разумно было бы увеличить размер радиатора или вообще разделить шины питания по разным радиаторам. Последним мы и займемся.

Для отделения от основного радиатора был выбран канал +3.3в., собранный на транзисторе. Почему не +5в? Сначала так было и сделано, но обнаружились пульсации напряжения (сказалось влияние проводов, которыми были удлинены выводы диодной сборки +5в). Так как канал +3.3в. питается от +5в., то пульсаций уже нет.

Для радиатора была выбрана алюминиевая пластина размером 10х10 см, к которой был прикручен транзистор канала +3.3в. Выводы транзистора были удлинены толстым проводом длиной 15 см. Сама пластина была прикручена через изолирующие втулки к верхней крышке БП. Важно, чтобы пластина радиатора не соприкасалась с крышкой БП и радиаторами силовых диодов и транзисторов.

Сегодня у нас на повестке дня очередное зарядное из компьютерного блока питания. Мы рассмотрим самые простые методы переделки блока питания в зарядное устройство, расскажем о выборе блока питания для переделки, а также о типичных проблемах, с которыми наверняка каждому придется столкнуться. И так, вперед!

Зарядное из компьютерного блока питания

Первым делом, о чем хочется сообщить, это то, что многие элементы в блоке находятся под опасным для жизни напряжением, если есть сомнения в правильности ваших действий – не рискуйте, ни своим здоровьем, ни работоспособностью вашего БП.

Для переделки подойдет практически любой блок питания ATX. Но стоить обратить внимание на то, что есть более геморройные блоки, а есть менее. Для выбора «удобного» для переделки блока необходимо убедиться в том, что в блоке установлен ШИМ контроллер TL494 или его аналог (KA7500B). По сути, этот ШИМ использовался практически на всех старых блоках AT и ATX мощностью 200 – 300 Вт.

Одни из самых распространенных и дешевых блоков являются блоки Codegen 300X и Codegen 300XA. Вот на них мы и остановимся более подробно. К стати, блоки питания Codegen 200, 250, 300 Вт имеют практически одинаковую схему и отличаются лишь номиналом некоторых элементов, они отлично подходит для переделки в зарядное.

Зарядное из компьютерного блока питания Codegen 300XA

Переделка такого блока будет включать в себя несколько шагов. Разбираем блок питания.

Выпаиваем все провода, которые использовались для подключения. Оставляем лишь черный провод (минус) и желтый провод (шина +12 В). Зеленый провод (Power ON) просто обрезаем и подключаем свободный конец на минус. С помощью замыкания зеленого провода на минус мы добьемся автоматического старта блока при включении в сеть.

Далее необходимо подключить вентилятор охлаждения на шину (– 12 В). В принципе, это можно и не делать, но будет один неприятный момент при подключении АКБ к зарядке. Вентилятор изначально питается с шины +12 В, при подключении АКБ к зарядке на шине + 12 В появляется напряжение и включается вентилятор. Некоторым это может очень не понравиться, так, что рекомендуем подключить красный провод вентилятора на минус блока, а черный на шину (– 12 В, бывший синий провод).

Проверяем работоспособность блока. Блок должен запуститься автоматически, а на выходе должно быть напряжение 12В.

Перед всеми дальнейшими манипуляциями желательно найти схему блока или подобрать наиболее близкую. Ниже изображена схема Codegen 300XA.

Находим резистор, через который первая нога TL494 соединяется с шиной +12 В., на схеме он помечен красным.

Выпаиваем его и измеряем сопротивление, оно составило 39 кОм. На место этого резистора ставим многооборотный подстроечный резистор максимальным сопротивлением на 200 кОм, предварительно выставив на нем сопротивление также 39 кОм.

Запускаем блок питания. На выходе напряжение должно быть около 12 В.

Последним шагом станет поднятие напряжения до 14,2 В с помощью регулировки подстроечного резистора.

Подстроечный резистор лучше всего брать многооборотный, это даст легкую и точную настройку выходного напряжения.

Зарядное из компьютерного блока питания Codegen 300X

Манипуляции, по сути, будут такими же, добавятся лишь пара дополнительных шагов.

Отключаем все провода от блока. Оставляем только черный (минус) и желтый (шина +12 В). Зеленый (Power ON) обрезаем и подключаем свободный конец на минус. Далее подключаем питания вентилятора охлаждения на шину (– 12 В). Красный провод вентилятора на минус блока, а черный на шину (– 12 В, бывший синий провод).

Тестируем работу. На выходе напряжение 12 В.

На схеме Codegen 300X находим резистор, через который первая нога TL494 соединяется с шиной +12 В., на схеме он помечен красным.

Далее выпаиваем его и измеряем сопротивление, у нашего блока оно составило 38 кОм. На место этого резистора ставим многооборотный подстроечный резистор максимальным сопротивлением на 200 кОм, предварительно выставив на нем сопротивление также 38 кОм.

Важно найти стабилитрон ZD1 и удалить его из платы. На схеме он зачеркнут. Если его не выпаять, мы не сможем поднять напряжение выше 13 В, т.к. блок уйдет в защиту.

Запускаем блок питания. На выходе напряжение должно быть почти 12 В.

Финишным этапом будет поднятие напряжения до 14,0 В с помощью регулировки подстроечного резистора. Выше 14,0 В напряжение не стоит подымать на этом БП без дальнейших изменений схемы, т.к. уже при напряжении 14,2 В будут наблюдаться проблемы с запуском блока. А 14,0 В это вполне достаточно для зарядки автомобильного АКБ.

Стоит отметить, что при неправильном подключении АКБ зарядное из блока питания ATX выходит из строя моментально, важно оснащать его хоть самыми простыми защитными схемами от переполюсовки на реле или полевику.

Также в такое зарядное можно добавить вольтамперметр, защиту от переполюсовки или просто плату индикации заряда.

Дата: 09.11.2016 // 0 Комментариев

Зарядное из компьютерного блока питания

Зарядное из компьютерного блока питания Codegen 300XA

Переделка такого блока будет включать в себя несколько шагов. Разбираем блок питания.

Находим резистор, через который первая нога TL494 соединяется с шиной +12 В., на схеме он помечен красным.

Запускаем блок питания. На выходе напряжение должно быть около 12 В.

Последним шагом станет поднятие напряжения до 14,2 В с помощью регулировки подстроечного резистора.

Зарядное из компьютерного блока питания Codegen 300X

Манипуляции, по сути, будут такими же, добавятся лишь пара дополнительных шагов.

Тестируем работу. На выходе напряжение 12 В.

Запускаем блок питания. На выходе напряжение должно быть почти 12 В.

В комментариях к популярной статье о переделке компьютерных блоков питания часто задают вопросы и сетуют на неудачи. Чтобы показать, что переделка действительно возможна и она вовсе несложна, мы подготовили ещё одну статью, с иллюстрациями и пояснениями.

Блоки питания ATX здесь выгодно отличаются тем, что ничего не нужно добавлять, нужно лишь убрать лишнее и добавить, грубо говоря, два переменных резистора.

Добавляем резисторы, регуляторы, шунт. В качестве последнего использованы два SMD резистора на 0,025 Ом параллельно, которые включены в разрыв минусовой дорожки от трансформатора.

Блок питания включаем в сеть через лампу накаливания мощностью 200Вт, которая предназначена для защиты от пробоя силовых транзисторов в случае внештатной ситуации. На холостом ходу напряжение прекрасно регулируется практически от 0 до 24 вольт. А что же будет под нагрузкой? Подключаем несколько мощных галогенок и видим, что напряжение регулируется уже до 20 вольт. Это ожидаемо, ведь мы используем 12-вольтовые обмотки и выпрямитель со средней точкой. На мощной нагрузке ШИМ уже на пределе и получить больше уже невозможно.

Что же делать? Можно просто использовать блок питания для питания не очень мощных нагрузок. Но что же делать, если очень хочется получить заветные 10 ампер, тем более, что на этикетке блока питания они как раз заявлены для линии 12 вольт? Всё очень просто: меняем выпрямитель на классический мостик из четырёх диодов, тем самым увеличивая амплитуду напряжения на его выходе. Для этого понадобится установить ещё два диода. На схеме видно, что такие диоды как раз были установлены, это D24 и D25, по линии -12 вольт. К сожалению, их расположение на плате для нашего случая неудачное, поэтому придётся использовать диоды в "транзисторных" корпусах и либо устанавливать на них отдельные радиаторы, либо крепить к общему радиатору и припаивать проводками. Требования к диодам те же: быстрые, мощные, на требуемое напряжение.

С переделанным выпрямителем напряжение даже с мощной нагрузкой регулируется от 0 до 24 вольт, регулировка тока также работает.

Требования к дросселю те же: с ДГС сматываем все обмотки и наматываем новую: от 20 витков, 10 проводов диаметром 0,5мм впараллель. Конечно, такая толстая жила может не влезть в кольцо, поэтому количество параллельных проводов можно уменьшать соответственно вашей нагрузке. Для максимального тока в 10 ампер индуктивность дросселя должна быть в районе 20uH.

Зарядное из компьютерного блока питания

Зарядное из компьютерного блока питания Codegen 300XA

Переделка такого блока будет включать в себя несколько шагов. Разбираем блок питания.

Находим резистор, через который первая нога TL494 соединяется с шиной +12 В., на схеме он помечен красным.

Запускаем блок питания. На выходе напряжение должно быть около 12 В.

Последним шагом станет поднятие напряжения до 14,2 В с помощью регулировки подстроечного резистора.

Зарядное из компьютерного блока питания Codegen 300X

Манипуляции, по сути, будут такими же, добавятся лишь пара дополнительных шагов.

Тестируем работу. На выходе напряжение 12 В.

Запускаем блок питания. На выходе напряжение должно быть почти 12 В.

Сегодня хотел бы рассказать Вам о своём опыте переделки самого обычного китайского БП ATX в регулируемый источник питания со стабилизацией тока и напряжения(0-20А, 0-24В).

В этой статье мы подробно рассмотрим работу ШИМ контроллера TL494, обратной связи и пробежимся по модернизации схемы БП и разработке самодельной платы усилителей ошибок по напряжению и току.

Честно признаться, сейчас я даже не могу назвать модель подопытного БП. Какой-то из многочисленных дешевых 300W P4 ready. Надеюсь, не нужно напоминать, что на деле эти 300W означают не больше 150, и то с появлением в квартире запаха жареного.

Рассчитываю на то, что мой опыт сможет быть кому-то полезен с практической точки зрения, а потому упор сделаю на теорию. Без нее всё равно не получится переделать БП т.к. в любом случае будут какие-то отличия в схеме и сложности при наладке.

Схема БП ATX
Для начала пройдемся по схеме БП ATX на контроллере TL494(и его многочисленных клонах).
Все схемы очень похожи друг на друга. Гугл выдает их довольно много и кажется я нашел почти соответствующую моему экземпляру.

Структурно разделим БП на следующие блоки:
— выпрямитель сетевого напряжения с фильтром
— источник дежурного питания(+5V standby)
— основной источник питания(+12V,-12V,+3.3V,+5V,-5V)
— схема контроля основных напряжений, генерация сигнала PowerGood и защита от КЗ

Выпрямитель с фильтрами это всё что в левом верхнем углу схемы до диодов D1-D4.

Источник дежурного питания собран на трансформаторе Т3 и транзисторах Q3 Q4. Стабилизация построена на обратной связи через опторазвязку U1 и источнике опорного напряжения TL431. Подробно рассматривать работу этой части я не буду т.к. знаю, что слишком длинные статьи читать не очень весело. В конце я дам название книги, где подробно рассмотрены все подробности.

Обратите внимание, в схеме по ошибке и ШИМ контроллер TL494 и ИОН дежурного питания TL431 обозначены как IC1. В дальнейшем я буду упоминать IC1 имея ввиду именно ШИМ контроллер.

Основной источник питания собран на трансформаторе Т1, высоковольтных ключах Q1 Q2, управляющем трансформаторе Т2 и низковольтных ключах Q6 Q7. Всё это дело раскачивается и управляется микросхемой ШИМ контроллера IC1. Понимание принципа работы контроллера и назначения каждого элемента его обвязки — это как раз то, что необходимо для сознательной доработки БП вместо слепого повторения чужих рекомендаций и схем.

Механизм работы примерно таков: ШИМ контроллер, поочередно открывая низковольтные ключи Q6 Q7, создает ЭДС в первичной обмотке трансформатора Т2. Видите, эти ключи питаются низким напряжением от дежурного источника питания? Найдите на схеме R46 и поймете о чем я. ШИМ контроллер также питается от этого дежурного напряжения. Чуть выше я назвал трансформатор Т2 управляющим, но кажется у него есть какое-то более правильное название. Его основная задача — гальваническая развязка низковольтной и высоковольтной части схемы. Вторичные обмотки этого трансформатора управляют высоковольтными ключами Q1 Q2, поочередно открывая их. С помощью такого трюка низковольтный ШИМ контроллер может управлять высоковольтными ключами с соблюдением мер безопасности. Высоковольтные ключи Q1 Q2 в свою очередь раскачивают первичную обмотку трансформатора Т1 и на его вторичных обмотках возникают интересующие нас основные напряжения. Высоковольтными эти ключи называются потому, что коммутируют они выпрямленное сетевое напряжение, а это порядка 300В! Напряжение со вторичных обмоток Т1 выпрямляется и фильтруется с помощью LC фильтров.

Теперь, надеюсь, в целом картину вы себе представляете и мы можем идти дальше.

Начнем, как это ни странно, с конца — с выходной части микросхемы.
Сейчас всё внимание на выход элемента ИЛИ (помечен красным квадратом).
Выход этого элемента в конкретный момент времени напрямую управляет состоянием одного или обоих сразу ключей Q1 Q2.
Вариант управления задаётся через пин 13(Output control).

Важная вещь №1: если на выходе элемента ИЛИ лог 1 — выходные ключи закрыты(выключены). Это верно для обоих режимов.
Важная вещь №2: если на выходе элемента ИЛИ лог 0 — один из ключей(или оба сразу) открыт(включен).

Вырисовывается следующая картина: по восходящему фронту открытый ранее транзистор закрывается(в этот момент они оба гарантированно закрыты), триггер меняет своё состояние и по нисходящему фронту включается уже другой ключ и будет оставаться включенным пока снова не придет восходящий фронт и не закроет его, в этот момент опять триггер перещёлкивается и следующий нисходящий фронт откроет уже другой транзистор. В single ended режиме ключи всегда работают синхронно и триггер не используется.

Время, когда выход находится в лог. 1(и оба ключа закрыты) называется Dead time.
Отношение длительности импульса(лог. 0, транзистор открыт) к периоду их следования называется коэффициент заполнения(PWM duty cycle). Например если коэффициент 100% то на выходе элемента ИЛИ всегда 0 и транзистор(или оба) всегда открыт.

Простите, но стараюсь объяснять максимально доступно и почти на пальцах, потому что официальным сухим языком это можно и в даташите прочитать.

Ах да, зачем же нужен Dead time? Если коротко: в реальной жизни верхний ключ будет тянуть наверх(к плюсу) а нижний вниз(к минусу). Если открыть их одновременно — будет короткое замыкание. Это называется сквозной ток и из-за паразитных емкостей, индуктивностей и прочих особенностей такой режим возникает даже если вы будете открывать ключи строго по очереди. Чтобы сквозной ток свести к минимуму нужен dead time.

Теперь обратим внимание на генератор пилы(oscillator), который использует выводы 5 и 6 микросхемы для установки частоты.
На эти выводы подключается резистор и конденсатор. Это и есть тот самый RC генератор о котором наверное многие слышали. Теперь на выводе 5(CT) у нас пила от 0 до 3.3В. Как видим, эта пила подается на инвертирующие входы компараторов Dead-time и PWM.

С терминами и работой выходной части ШИМ контроллера более-менее определились, теперь будем разбираться при чем тут пила и зачем нам все эти компараторы и усилители ошибок. Мы поняли, что отношение длительности импульса к периоду их следования определяет коэффициент заполнения, а значит и выходное напряжение источника питания т.к. в первичную обмотку трансформатора будет вкачиваться тем больше энергии, чем больше коэффициент заполнения.

Для примера разберемся, что нужно сделать чтобы установить коэффициент заполнения 50%. Вы еще помните про пилу? Она подается на инвертирующие входы компараторов PWM и Dead time. Известно, что если напряжение на инвертирующем входе выше чем на неинвертирующем — выход компаратора будет лог.0. Напомню, что пила — это плавно поднимающийся от 0 до 3.3в сигнал, после чего резко падающий на 0в.
Таким образом, чтобы на выходе компаратора 50% времени был лог.0 — на неинвертирующий вход нужно подать половину напряжения пилы(3.3в/2=1,65в). Это и даст искомые 50% duty cycle.

Заметили, что оба компаратора сходятся на том самом элементе ИЛИ, а значит, пока какой-то из компараторов выдает лог.1 — другой не может ему помешать. Т.е. приоритет имеет тот компаратор, который приводит к меньшему коэффициенту заполнения. И если на Dead time компаратор напряжение подается снаружи, то на PWM компаратор можно подать сигнал как извне(3 пин) так и с встроенных усилителей ошибок(это обычные операционные усилители). Они тоже соединяются по схеме ИЛИ, но т.к. мы уже имеем дело с аналоговым сигналом — схема ИЛИ реализуется с использованием диодов. Таким образом контроль над коэффициентом заполнения захватывает тот усилитель ошибки, который просит меньший коэффициент заполнения. Состояние другого при этом не имеет значения.

Всё это работа для тех самых усилителей ошибок. На инвертирующий вход усилителя ошибки подается опорное напряжение(эталон), а на неинвертирующий заводится напряжение на выходе источника питания. Кстати внутри ШИМ контроллера есть источник опорного напряжения 5В, который является точкой отсчёта во всех измерениях.

Компенсация обратной связи
Даже не знаю как бы по-проще это объяснить. С обратной связью всё просто только в идеальном мире. На практике же если вы изменяете коэффициент заполнения — выходное напряжение меняется не сразу, а с некоторой задержкой.

К примеру усилитель ошибки зарегистрировал понижение напряжения на выходе, откорректировал коэффициент заполнения и прекратил вмешиваться в систему, но напряжение продолжает нарастать и потом усилитель ошибки вынужден снова корректировать коэффициент заполнения уже в другую сторону. Такая ситуация происходит из-за задержки реакции. Так система может перейти в режим колебаний. Они бывают затухающими и незатухающими. Блок питания в котором могут возникнуть незатухающие колебания сигнала обратной связи — долго не протянет и является нестабильным.

У обратной связи есть определенная полоса пропускания. Допустим полоса 100кГц. Это означает, что если выходное напряжение будет колебаться с частотой выше 100кГц — обратная связь этого просто не заметит и корректировать ничего не будет. Конечно, хотелось бы, чтобы обратная связь реагировала на изменения любой частоты и выходное напряжение было как можно стабильнее. Т.е. борьба идет за то, чтобы обратная связь была максимально широкополосной. Однако та самая задержка реакции не позволит нам сделать полосу бесконечно широкой. И если полоса пропускания цепи обратной связи будет шире чем возможности самого БП на отработку управляющих сигналов(прямая связь) — на некоторых частотах отрицательная обратная связь будет внезапно становиться положительной и вместо компенсации ошибки будет ее еще больше увеличивать, а это как раз условия возникновения колебаний.

Теперь от задержек в секундах давайте перейдем к частотам, коэффициентам усиления и фазовым сдвигам…
Полоса пропускания это максимальная частота, на которой коэффициент усиления больше 1.
С увеличением частоты коэффициент усиления уменьшается. В принципе это справедливо для любого усилителя.
Итак, чтобы наш БП работал стабильно должно выполняться одно условие: во всей полосе частот, где суммарное усиление прямой и обратной связи больше 1(0дБ), отставание по фазе не должно превышать 310 градусов. 180 градусов вносит инвертирующий вход усилителя ошибки.

Вводом в обратную связь различных фильтров добиваются того, чтобы это правило выполнялось. Если очень грубо, то компенсация обратной связи это подгонка полосы пропускания и ФЧХ обратной связи под реакции реального источника питания(под характеристики прямой связи).

От теории к практике
Теперь мы можем взглянуть на схему БП и понять что в ней много лишнего. В первую очередь я выпаял всё, что относится к контролю выходных напряжений(схема формирования сигнала Power good). Нейтрализовал встроенные в ШИМ контроллер усилители ошибок путем подачи +5vref на инвертирующие входы и посадив на GND неинвертирующие. Удалил штатную схему защиты от КЗ. Выпилил все не нужные выходные фильтры от напряжений которые не используются… Заменил выходные диоды на более мощные. Заменил трансформатор! Выпаял его из качественного БП где написанные 400W действительно означают 400W. Разница в размерах между тем, что стояло тут до этого говорит сама за себя:

Заменил дроссели в выходном фильтре(с того-же 400W БП) и конденсаторы поставил на 25В:

Далее я разработал схему, позволяющую регулировать стабилизацию выходного напряжения и устанавливать ограничение тока выдаваемого БП.

Схема реализует внешние усилители ошибок собранные на операционных усилителях LM358 и несколько дополнительных функций в виде усилителя шунта(INA197) для измерения тока, нескольких буферных усилителей для выдачи величины установленного и измеренного тока и напряжения на другую плату, где собрана цифровая индикация. О ней я расскажу в следующей статье. Выдавать на другую плату сигналы как есть — не лучшее решение т.к. источник сигнала может быть достаточно высокоомным, провод ловит шум, мешая обратной связи работать устойчиво. В первой итерации я с этим столкнулся и пришлось всё переделать. В принципе на схеме всё подписано, подробно комментировать ее не вижу смысла и думаю, что для тех кто понял теорию выше, должно быть всё довольно очевидно.

Ах да, обратите внимание на емкость C7! 1uF это довольно много. Сделано это для того, чтобы обратную связь по току зажать в быстродействии. Это такой грязный хак для преодоления нестабильности возникающей на границе перехода от стабилизации напряжения к стабилизации тока. В таких случаях применяют какие-то более навороченные приёмы, но так заморачиваться я не стал. Супер точная стабилизация тока мне не нужна, к тому же к моменту, когда я столкнулся с этой бедой — проект переделки БП успел здорово надоесть!

По этой схеме лазерным утюгом была изготовлена плата:

Она встраивается в БП вот таким образом:

В качестве шунта для измерения тока выбран кусок медной проволоки длинной сантиметров 10 наверно.

Корпус я использовал от довольно качественного БП Hiper. Кажется это самый проветриваемый корпус из всех что я видел.

Также возник вопрос о подключении вентилятора. БП ведь регулируется от 0 до 24В, а значит кулер придется питать от дежурки. Дежурка представлена двумя напряжениями — стабильными 5В, которые идут на материнскую плату и не стабилизированным, служебным питанием около 13.5В которое используется для питания самого ШИМ контроллера и для раскачки управляющего трансформатора. Я использовал обычный линейный стабилизатор чтобы получить стабильные +12В и завёл их на маленькую платку терморегуляции оборотов кулера, выпаянную с того-же Hiper'a. Платку закрепил на радиаторе шурупом просто из соображений удобства подключения кулера.

Радиаторы кстати пришлось изогнуть ибо они не вмещались в корпус нового формата. Лучше перед изгибанием их нагревать паяльной станцией, иначе есть шанс отломать половину зубов. Терморезистор регулятора закрепил на дросселе групповой стабилизации т.к. это самая горячая часть.

В таком виде БП прошел длительные испытания, питая кучу автомобильных лампочек дальнего света и выдерживал нагрузки током порядка 20А при напряжении 14В. А еще он гордо зарядил несколько автомобильных аккумуляторов, когда у нас в Крыму выключали свет.

Будущее уже рядом
Тем временем я задумал немного нестандартную систему индикации режимов работы БП, о чем в последствии немного сожалел, но всё-же она работает!

Так что в следующей статье вас ждет программирование ATMega8 на C++ с применением шаблонной магии, различных паттернов и самописная библиотека для вычислений с фиксированной точкой поверх которой реализовано усреднение отсчётов АЦП и перевод их в напряжение/ток по таблице с линейной интерполяцией. Каким-то чудом всё это уместилось в 5 с копейками килобайт флэша.

Не переключайте канал, должно быть интересно.

P.S. Надеюсь, изложенное выше окажется полезным. Строго не судите, но конструктивная критика приветствуется.

Added для RO пользователей которые не могут писать комментарии: email: altersoft_пёс_mail.ру

Читайте также:

Как правильно переделать codegen atx 300w в регулируемый блок питания

реклама

реклама

реклама

реклама

реклама

реклама

реклама

Зарядное из компьютерного блока питания

Зарядное из компьютерного блока питания Codegen 300XA

Зарядное из компьютерного блока питания Codegen 300X

Зарядное из компьютерного блока питания

Зарядное из компьютерного блока питания Codegen 300XA

Зарядное из компьютерного блока питания Codegen 300X

Зарядное из компьютерного блока питания

Зарядное из компьютерного блока питания Codegen 300XA

Зарядное из компьютерного блока питания Codegen 300X