Microlab m atx 350w переделка в регулируемый блок питания
Обновлено: 06.07.2024
Достать бывший в употреблении блок питания компьютера сегодня несложно, а стоит он сущие копейки. Но как его можно использовать без самого компьютера? В этой статье мы это выясним, а заодно сделаем своими руками зарядное устройство и лабораторный блок питания (ЛБП) из компьютерного блока питания.
Как включить блок питания (БП) от компьютера без компьютера
Итак, у нас в руках блок питания ATX компьютера. Прежде всего попробуем его включить. Но для этого нужно знать некоторые тонкости работы этого устройства. Предположим, перед нами компьютер. Включаем его в сеть, но внешне ничего не происходит. Это, казалось бы, понятно – машина отключена, а чтобы ее включить, нужно нажать кнопку питания на лицевой панели системного блока.
На самом деле это не совсем так. Как только мы вставили вилку в розетку, в блоке питания заработала небольшая часть схемы, вырабатывающая дежурное напряжение +5 В. Называется эта часть модулем дежурного питания. Напряжение поступает на материнскую плату и питает ее отдельные узлы, один из которых предназначен для включения компьютера.
Важно. В большинстве блоков питания ATX предусмотрен дополнительный служебный механический выключатель, расположенный на задней стенке ПК. Напряжение сети на БП этих моделей подается после включения этого тумблера.
Нажимая кнопку на лицевой панели системного блока, мы тем самым подаем команду материнской плате (точнее, ее узлу включения) запустить блок питания. Узел подает на БП сигнал Power on , и БП, а значит, и сам компьютер включаются.
Где 12 вольт, а где 5? Разбираемся с цветовой маркировкой
Как узнать, на каких проводах какие напряжения формируются? Где, к примеру, 12 вольт на блоке питания компьютера? Для этого не понадобится тестер, поскольку все провода, выходящие из компьютерного блока питания, имеют строго определенную общепринятую расцветку. Поэтому вместо тестера мы вооружаемся табличкой, приведенной ниже.
Табличка особых пояснений не требует. С зеленым проводом ( Power on ) мы познакомились в предыдущем разделе – на него материнская плата подает сигнал низким уровнем (замыканием на общий) на включение БП. Синий провод в новых моделях БП может отсутствовать, поскольку производители материнских плат отказались от интерфейса RS-232C (COM-порт), требующего -12 В.
Фиолетовый провод ( +5 VSB ) – это как раз дежурные +5 В, питающие дежурные узлы материнской платы. По серому проводу ( Power good ) блок питания сообщает, что все напряжения в норме и компьютер можно включать. Если какое-то из напряжений в процессе работы выходит за допустимые пределы или пропадает, то сигнал снимается. Причем это происходит до того, как успеют разрядиться накопительные конденсаторы БП, давая процессору время на принятие экстренных мер по аварийной остановке системы. Остальные провода – это провода питания материнской платы и периферийных устройств – дисководов, внешних видеокарт и т. д.
Переделка БП ATX в регулируемый или лабораторный блок питания
А теперь самое время сделать из БП компьютера своими руками импульсный лабораторный блок питания. Дорабатывать будем блок питания, ШИМ контроллер которого собран на специализированной микросхеме TL494 (она же: μА494, μPC494, M5T494P, KIA494, UTC51494, AZ494AP, KA7500, IR3M02, AZ7500BP, КР1114ЕУ4, МВ3759 и подобные аналоги).
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Сразу оговоримся – хотя типовые схемы включения этих микросхем одинаковы, некоторые отличия в зависимости от модели БП все же есть. Поэтому универсального решения для переделки всех БП не существует.Для примера мы доработаем блок питания, схема которого приведена ниже. Поняв идею вносимых изменений, подобрать алгоритм переделки любого другого блока не составит особого труда.
Разбираем БП, вынимаем плату. Сразу же отпаиваем все ненужные провода шлейфов питания, оставив один желтый, один черный и зеленый.
Также выпаиваем сглаживающие электролитические конденсаторы по всем линиям питания. На схеме они обозначены как С30, С27, С29, С28, С35. Мы собираемся существенно (до 25 В по шине +12 В) поднять выходное напряжение, на которое эти конденсаторы не рассчитаны. На место того, что стоял по шине +12 В, устанавливаем конденсатор той же или большей емкости на напряжение не менее 35 В. Остальные места оставляем пустыми. Зеленый провод припаиваем на место, где был любой черный, чтобы разрешить блоку питания запускаться. Теперь можно заняться доработкой контроллера.
Изменим схему обвязки таким образом, чтобы усилитель ошибки 1 отвечал за регулировку выходного напряжения, а усилитель 2 – за регулировку тока. В первую очередь перережем дорожки, обозначенные на приведенной ниже схеме крестиками.
Теперь находим резисторы R17 и R18. Первый имеет сопротивление 2.15 кОм, второй 27 кОм. Меняем их на номиналы 1.2 кОм и 47 кОм соответственно. Добавляем в схему два переменных резистора, один постоянный на 10 кОм (отмечены зеленым), клеммы для подключения внешнего потребителя, амперметр и вольтметр. В результате у нас получится вот такая схема.
Как видно из схемы, резистор на 22 кОм позволяет плавно регулировать напряжение в пределах 3-24 В, резистор 330 Ом – ток от 0 до 8 А. Кл1 и КЛ2 служат для подключения нагрузки. Вольтметр имеет предел измерения 25-30 В, амперметр – 10 А. Приборы могут быть как стрелочными, так и с цифровыми шкалами, главное, малогабаритными – ведь они должны войти в корпус блока питания. Можно начинать проверку и градуировку.
Отключаем устройство и собираем его. Наш лабораторный блок питания готов. С его помощью мы можем получить любое напряжение от 3 до 24 вольт и устанавливать ограничение тока через нагрузку в пределах 0-10 А.
Как сделать зарядное устройство
Теперь займемся переделкой компьютерного блока питания в автомобильное зарядное устройство.
Прибор для зарядки постоянным напряжением
Это устройство заряжает аккумулятор постоянным фиксированным напряжением 14 В. По мере зарядки батареи зарядный ток будет падать. Как только напряжение на клеммах батареи достигнет 14 В, ток станет равным нулю, а зарядка прекратится.
Благодаря такому алгоритму аккумуляторную батарею невозможно перезарядить, даже если оставить ее на зарядке на неделю. Это полезно при обслуживании AGM и GEL автомобильных аккумуляторов, которые очень не любят перезарядки.
А теперь за дело, тем более, что схема доработки простая. Дорабатывать будем БП ATX на контроллере TL494 или его аналогах (см. раздел выше). Наша задача – повысить выходное напряжение по шине +12 В до 14 вольт. Сделать это несложно. Вскрываем блок питания, вынимаем плату и отпаиваем все провода питания, оставив лишь желтый, черный и зеленый.
Впаиваем зеленый провод на место любого черного – подаем команду БП на безусловное включение при подключении к сети (см. раздел выше). Выпаиваем электролитические сглаживающие конденсаторы со всех линий питания. На место, где стоял конденсатор по шине +12 В устанавливаем конденсатор той же емкости, но на рабочее напряжение 35 В. Переходим к доработке контроллера. Находим резистор, который соединяет первый вывод микросхемы с шиной +12 В. На схеме ниже он обозначен стрелкой.
Нам нужно сменить его номинал. Но на какой? Выпаиваем, измеряем его сопротивление. В нашем случае его номинал – 27 кОм, но в зависимости от модели БП значение может меняться. На место выпаянного устанавливаем переменный резистор номиналом примерно вдвое большим. Движок резистора устанавливаем в среднее положение.
Включаем блок питания и, измеряя напряжение на шине +12 В (желтый провод относительно черного), вращаем ползунок. Напряжение легко уменьшается, но увеличить его не получается – мешает защита от перенапряжения. Для того чтобы поднять напряжение до необходимых нам 14 В, ее нужно отключить. Находим на схеме резистор и диод, обозначенные на рисунке ниже стрелками, и выпаиваем их.
Снова включаем БП, теперь уже переделанное в зарядку для аккумуляторов устройство. К клеммам подключаем нагрузку – лампу дальнего света автомобиля. Измеряем на клеммах напряжение: если оно не снизилось более чем на 0.2 В, то доработка окончена. Собираем прибор и пользуемся.
Важно! Конечным напряжением зарядки AGM и GEL аккумуляторов является значение 13.8 В, поэтому выходное напряжение имеет смысл снизить с 14 В до 13.8 В.
Единственный, пожалуй, недостаток этой самодельной конструкции – она не имеет защиты от короткого замыкания и переполюсовки (мы ее отключили). Поэтому пользоваться прибором нужно внимательно.
Зарядник с регулировкой тока и напряжения
Теперь попробуем переделать компьютерный БП так, чтобы можно было плавно регулировать напряжение и ток зарядки. Это позволит обслуживать батареи любой емкости и на любое напряжение. Кроме того, это зарядное устройство имеет защиту от короткого замыкания, перегрузки и перегрева. С его помощью можно изменять зарядное напряжение от 0 до 25 В и ток от 0 до 8 А.
В первую очередь производим манипуляции, которые подробно описаны в пункте «Прибор для зарядки постоянным напряжением». Выпаиваем лишние провода, оставив желтый, черный и зеленый. Меняем сглаживающий конденсатор на шине +12 В на прибор с напряжением 35 В. Подключаем зеленый провод на общую шину.
Теперь надо поднять напряжение на шине +12 В до величины 28 В. Для этого удаляем резисторы, соединяющие первый вывод ШИМ контроллера с шинами +5 и +12 В. На схеме ниже они обозначены стрелками.
Теперь ШИМ контроллер будет работать «на всю», а напряжение на шине +12 В поднимется до максимума – 28 В. Но опять сработает защита по перенапряжению. Отключаем ее так же, как и в конструкции выше: выпаиваем диод, помеченный на схеме ниже стрелкой.
Включаем блок питания и измеряем напряжение между желтым и черным проводами – оно должно увеличиться до указанных значений. С блоком питания все. Теперь перейдем к сборке узла регулировки напряжения и тока, представленного на схеме ниже.
На транзисторах VT1 и VT2 собран простейший узел регулировки напряжения. Сама регулировка осуществляется при помощи потенциометра R14. В узле управления током используются микросхемы DA2 и DA4, представляющие собой интегральные регулируемые стабилизаторы напряжения/тока. Каждая из микросхем способна выдать ток до 5 А. Включив их параллельно, мы удвоили это значение. Регулировка тока производится потенциометром R17. Резисторы R7 и R8 – токовыравнивающие. Далее напряжение через амперметр PA1 подается на клеммы, к которым подключается заряжаемая батарея. Напряжение на батарее контролируется при помощи вольтметра PV1.
Мощный полевой транзистор, который можно взять из неисправного компьютерного БП, и микросхемы стабилизатора устанавливаются на общий радиатор через слюдяные прокладки. Очень удобно использовать для этих целей радиатор от процессора ПК. Ниже представлен один из возможных вариантов монтажа блока регулировок.
Если все готово, то включаем зарядное устройство, нагружаем его лампой дальнего света и проверяем работу, регулируя выходные ток и напряжение и контролируя их по приборам.
Что касается защиты, то она уже встроена в микросхемы DA2 и DA4. Эти приборы имеют внутреннюю защиту от перегрузки, короткого замыкания и перегрева.
Вот мы и разобрались с тонкостями доработки компьютерных блоков питания. Теперь нам не составит труда переделать их в зарядное устройство для автомобильного аккумулятора или лабораторный блок питания.
Итак имеется блок питания microlab_350w на плате написано HK0301C.
Вот его схема, правда номера элементов не совпадают.
Переделывать решил по схеме (Итальянца).
Теперь поставил на радиаторе диодный мост. Две индуктивности намотанные на тех же кольцах что отпаял. Конденсаторы заменил на более высокое напряжение.
Перепаял обвязку микросхемы TL494. Шунт взял два резистора но можно применить простую скрепку. И еще в следующий раз попробую использовать шунт в вольтамперметре.
Установил резисторы для регулировки напряжения и тока. В качестве индикатора применил китайский вольтамперметр dsn vc288 с небольшой доработкой тут нужна перемычка где то сечением 1.5кв.мм. а то токи неправильно показывает.
Питание 5В взял с дежурки.
И вот что получилось.
Похожее
4 комментарий на « Лабораторный блок питания 1-30В из компьютерного microlab_350w. »
Индуктивности определенно перематывал. Сейчас уже не помню точно но точно убирал все лишние обмотки и оставлял самую толстую и на одном пришлось соединить смотанных
два провода одинакового сечения последовательно.
А насчет шунта я теперь использую из схемы ампервольтметра.Где по схеме шунт там теперь подключен амперметр вывод 16 уже после амперметра.
Сергей, я вот Вас правильно понял, берём китайский ампервольтметр и выводы амперметра подключаем вместо самого шунта?
Часовой пояс: UTC + 3 часа
Ещё раз о переделке БП ATX
Со схемой вроде все правильно. Только не стоит менять величину R18 по схеме. Лучше подобрать только R10. Из схемы выкинут ("под шумок") плавный пуск. Что бы не заморачиваться особо можно между ножками 4 и 13,14,15 микросхемы включить конденсатор 4,7 - 10 мкф плюсом к 13 ноге. И диоды с 5 вольт на 12 ставить нельзя. Напряжение у 5-ти вольтовых диодов как правило 30 вольт, а диоды должны стоять как минимум с трехкратным запасом по напряжению. При 14 вольт соответственно на 45 вольт. Но лучше на 60. И еще одно. С подобных блоков мне не удавалось снять больше 10 ампер. Нужны другие схемы и трансформаторы. Если китайцы пишут по каналу 12 вольт 18 А я очень здорово сомневаюсь в этом.JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет - любой!
Это в смысле я его уже выпаял или на схеме не нарисован.
Да, про диоды я и имел ввиду мощнее поставить, только написал по глупому.
И еще одно. С подобных блоков мне не удавалось снять больше 10 ампер. Нужны другие схемы и трансформаторы.
А если увеличить ёмкость силовых конденсаторов попробовать? Стоят на 470мкф - поставить на 820 мкф, хотя наверное сильно мощности не прибавится.
Или может тогда и не стОит мучать его раз врядли 20А с него вытянуть?
_________________
"Невозможно сделать абсолютную защиту от дурака, дураки невероятно изобретательны".
Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет
На схеме это С42 и R56. На счет 20А, получили реально 18 ампер при 12 вольтах с блока мощностью 650 ватт. Но у него мудрый контроллер ML4819, совмещающий корректор мощности с ШИМ. Однотактный. Его не переделывали, а просто нагружали лампочками от фар авто. А вообще поставщики говорят, что если удастся снять с блока половину заявленной мощности, это хорошо. Конденсаторы входного фильтра примерно 1 мкф на 1 ватт выхода. 2 по 470 последовательно будет 235 мкф. Но это относится скорее к пульсациям, чем к мощности. Так что
Приглашаем всех желающих 25/11/2021 г. принять участие в вебинаре, посвященном антеннам Molex. Готовые к использованию антенны Molex являются компактными, высокопроизводительными и доступны в различных форм-факторах для всех стандартных антенных протоколов и частот. На вебинаре будет проведен обзор готовых решений и перспектив развития продуктовой линейки. Разработчики смогут получить рекомендации по выбору антенны, работе с документацией и поддержкой, заказу образцов.
Я снял с такого АТХ 20 Вольт 10А, он даже не пикнул, мне просто больше не надо было. Так что думаю, 14В 18А можно попробовать. Блок сделан довольно добротно, хорошие фильтры, можно конечно входные электролиты поболе поставить._________________
Жизнь - это хроническая болезнь, передающаяся половым путем с летальным исходом
Навигационные модули позволяют существенно сократить время разработки оборудования. На вебинаре 17 ноября вы сможете познакомиться с новыми семействами Teseo-LIV3x, Teseo-VIC3x и Teseo-LIV4F. Вы узнаете, насколько просто добавить функцию определения местоположения с повышенной точностью благодаря использованию двухдиапазонного приемника и функции навигации по сигналам от MEMS-датчиков. Поработаем в программе Teseo Suite и рассмотрим результаты полевого тестирования.
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: