Самодельный блок питания с регулировкой выходного напряжения. Блок регулирования напряжения и тока для простого лабораторного источника питания

10.07.2019

Сделать блок питания своими руками имеет смысл не только увлеченному радиолюбителю. Самодельный блок электропитания (БП) создаст удобства и сэкономит немалую сумму также в следующих случаях:

Для питания низковольтного электроинструмента, ради экономии ресурса дорогостоящей аккумуляторной батареи (АКБ);
Для электрификации помещений особо опасных по степени поражения электротоком: подвалов, гаражей, сараев и т.п. При питании их переменным током большая его величина в низковольтной проводке способна создать помехи бытовой технике и электронике;
В дизайне и творчестве для точной, безопасной и безотходной резки нагретым нихромом пенопласта, поролона, легкоплавких пластиков;
В светодизайне – использование специальных БП позволит продлить жизнь светодиодной ленты и получить стабильные световые эффекты. Питание подводных осветителей , и пр. от бытовой электросети вообще недопустимо;
Для зарядки телефонов, смартфонов, планшетов, ноутбуков вдали от стабильных источников электропитания;
Для электроакупунктуры;
И многих других, не имеющих прямого отношения к электронике, целей.

Допустимые упрощения

Профессиональные БП рассчитываются на питание нагрузки любого рода, в т.ч. реактивной. В числе возможных потребителей – прецизионная аппаратура. Заданное напряжение профи-БП должен поддерживать с высочайшей точностью неопределенно долгое время, а его конструкция, защита и автоматика должны допускать эксплуатацию неквалифицированным персоналом в тяжелых условиях, напр. биологами для питания своих приборов в теплице или в экспедиции.

Любительский лабораторный блок питания свободен от этих ограничений и поэтому может быть существенно упрощен при сохранении достаточных для собственного употребления качественных показателей. Далее, путем также несложных усовершенствований, из него можно получить БП специального назначения. Чем мы сейчас и займемся.

Сокращения

КЗ – короткое замыкание.
ХХ – холостой ход, т.е. внезапное отключение нагрузки (потребителя) или обрыв в ее цепи.
КСН – коэффициент стабилизации напряжения. Он равен отношению изменения входного напряжения (в % или разах) к такому же выходного при неизменном токе потребления. Напр. напряжение сети упало «по полной», с 245 до 185В. Относительно нормы в 220В это будет 27%. Если КСН БП равен 100, выходное напряжение изменится на 0,27%, что при его величине 12В даст дрейф в 0,033В. Для любительской практики более чем приемлемо.
ИПН – источник нестабилизированного первичного напряжения. Это может быть трансформатор на железе с выпрямителем или импульсный инвертор напряжения сети (ИИН).
ИИН – работают на повышенной (8-100 кГц) частоте, что позволяет использовать легкие компактные трансформаторы на феррите с обмотками из нескольких-нескольких десятков витков, но не лишены недостатков, см. ниже.
РЭ – регулирующий элемент стабилизатора напряжения (СН). Поддерживает на выходе заданную его величину.
ИОН – источник опорного напряжения. Задает эталонное его значение, по которому совместно с сигналами обратной связи ОС устройство управления УУ воздействует на РЭ.
СНН – стабилизатор напряжения непрерывного действия; попросту – «аналоговый».
ИСН – импульсный стабилизатор напряжения.
ИБП – импульсный блок питания.

Примечание: как СНН, так и ИСН могут работать как от ИПН промышленной частоты с трансформатором на железе, так и от ИИН.

О компьютерных БП

ИБП компактны и экономичны. А в кладовке у многих валяется БП от старого компа, морально устаревший, но вполне исправный. Так нельзя ли приспособить импульсный блок питания от компьютера для любительских/рабочих целей? К сожалению, компьютерный ИБП достаточно высоко специализированное устройство и возможности его применения в быту/на работе весьма ограничены:

Использовать ИБП, переделанный из компьютерного, обычному любителю целесообразно, пожалуй, только для питания электроинструмента; об этом см. далее. Второй случай – если любитель занимается ремонтом ПК и/или созданием логических схем. Но тогда он уже знает, как для этого приспособить БП от компа:

Нагрузить основные каналы +5В и +12В (красные и желтые провода) нихромовыми спиральками на 10-15% номинальной нагрузки;
Зеленый провод мягкого запуска (слаботочной кнопкой на передней панели системника) pc on замкнуть на общий, т.е. на любой из черных проводов;
Вкл/выкл производить механически, тумблером на задней панели БП;
При механическом (железном) I/O «дежурка», т.е. независимое питание USB портов +5В будет также выключаться.

За дело!

Вследствие недостатков ИБП, плюс их принципиальная и схемотехническая сложность, мы только в конце рассмотрим пару таких, но простых и полезных, и поговорим о методике ремонта ИИН. Основная же часть материала посвящена СНН и ИПН с трансформаторами промышленной частоты. Они позволяют человеку, только-только взявшему в руки паяльник, построить БП весьма высокого качества. А имея его на хозяйстве, освоить технику «потоньше» будет легче.

ИПН

Сначала рассмотрим ИПН. Импульсные подробнее оставим до раздела о ремонте, но у них с «железными» есть общее: силовой трансформатор, выпрямитель и фильтр подавления пульсаций. В комплексе они могут быть реализованы различным образом сообразно назначению БП.

Поз. 1 на Рис. 1 – однополупериодный (1П) выпрямитель. Падение напряжения на диоде наименьшее, ок. 2В. Но пульсация выпрямленного напряжения – с частотой 50Гц и «рваная», т.е. с промежутками между импульсами, поэтому конденсатор фильтра пульсаций Сф должен быть в 4-6 раз большей емкости, чем в прочих схемах. Использование силового трансформатора Тр по мощности – 50%, т.к. выпрямляется всего 1 полуволна. По этой же причине в магнитопроводе Тр возникает перекос магнитного потока и сеть его «видит» не как активную нагрузку, а как индуктивность. Поэтому 1П выпрямители применяются только на малую мощность и там, где по-иному никак нельзя, напр. в ИИН на блокинг-генераторах и с демпферным диодом, см. далее.

Примечание: почему 2В, а не 0,7В, при которых открывается p-nпереход в кремнии? Причина – сквозной ток, о котором см. далее.

Поз. 2 – 2-полупериодный со средней точкой (2ПС). Потери на диодах такие же, как в пред. случае. Пульсация – 100 Гц сплошная, так что Сф нужен наименьший из возможных. Использование Тр – 100% Недостаток – удвоенный расход меди на вторичную обмотку. Во времена, когда выпрямители делали на лампах-кенотронах, это не имело значения, а теперь – определяющее. Поэтому 2ПС используют в низковольтных выпрямителях, преимущественно повышенной частоты с диодами Шоттки в ИБП, однако принципиальных ограничений по мощности 2ПС не имеют.

Поз. 3 – 2-полупериодный мостовой, 2ПМ. Потери на диодах – удвоенные по сравнению с поз. 1 и 2. Остальное – как у 2ПС, но меди на вторичку нужно почти вдвое меньше. Почти – потому что несколько витков приходится доматывать, чтобы компенсировать потери на паре «лишних» диодов. Наиболее употребительная схема на напряжение от 12В.

Поз. 3 – двухполярный. «Мост» изображен условно, как принято в принципиальных схемах (привыкайте!), и повернут на 90 градусов против часовой стрелки, но на самом деле это пара включенных разнополярно 2ПС, как ясно видно далее на рис. 6. Расход меди как у 2ПС, потери на диодах как у 2ПМ, остальное как у того и другого. Строится в основном для питания аналоговых устройств, требующих симметрии напряжения: Hi-Fi УМЗЧ, ЦАП/АЦП и др.

Поз. 4 – двухполярный по схеме параллельного удвоения. Дает без дополнительных мер повышенную симметрию напряжения, т.к. асимметрия вторичной обмотки исключена. Использование Тр 100%, пульсации 100 Гц, но рваные, поэтому Сф нужны удвоенной емкости. Потери на диодах примерно 2,7В за счет взаимного обмена сквозными токами, см. далее, и при мощности более 15-20 Вт резко возрастают. Строятся в основном как маломощные вспомогательные для независимого питания операционных усилителей (ОУ) и др. маломощных, но требовательных к качеству электропитания аналоговых узлов.

Как выбрать трансформатор?

В ИБП вся схема чаще всего четко привязана к типоразмеру (точнее – к объему и площади поперечного сечения Sс) трансформатора/трансформаторов, т.к. использование тонких процессов в феррите позволяет упростить схему при большей ее надежности. Здесь «как-нибудь по-своему» сводится к точному соблюдению рекомендаций разработчика.

Трансформатор на железе выбирают с учетом особенностей СНН, или сообразуются с ними при его расчете. Падение напряжения на РЭ Uрэ не надо брать менее 3В, иначе КСН резко упадет. При увеличении Uрэ КСН несколько возрастает, но гораздо быстрее растет рассеиваемая РЭ мощность. Поэтому Uрэ берут 4-6 В. К нему добавляем 2(4)В потерь на диодах и падение напряжения на вторичной обмотке Тр U2; для диапазона мощностей 30-100 Вт и напряжений 12-60 В берем его 2,5В. U2 возникает преимущественно не на омическом сопротивлении обмотки (оно у мощных трансформаторов вообще ничтожно мало), а вследствие потерь на перемагничивание сердечника и создание поля рассеивания. Попросту, часть энергии сети, «накачанной» первичной обмоткой в магнитопровод, улетучивается в мировое пространство, что и учитывает величина U2.

Итак, мы насчитали, допустим, для мостового выпрямителя, 4+4+2,5 = 10,5В лишку. Прибавляем его к требуемому выходному напряжению БП; пусть это будет 12В, и делим на 1,414, получим 22,5/1,414 = 15,9 или 16В, это будет наименьшее допустимое напряжение вторичной обмотки. Если Тр фабричный, из типового ряда берем 18В.

Теперь в дело идет ток вторички, который, естественно, равен максимальному току нагрузки. Пусть нам нужно 3А; умножаем на 18В, будет 54Вт. Мы получили габаритную мощность Тр, Pг, а паспортную P найдем, поделив Pг на КПД Тр η, зависящий от Pг:

до 10Вт, η = 0,6.
10-20 Вт, η = 0,7.
20-40 Вт, η = 0,75.
40-60 Вт, η = 0,8.
60-80 Вт, η = 0,85.
80-120 Вт, η = 0,9.
от 120 Вт, η = 0,95.

В нашем случае будет P = 54/0,8 = 67,5Вт, но такого типового значения нет, так что придется брать 80Вт. Для того, чтобы получить на выходе 12Вх3А = 36Вт. Паровоз, да и только. Впору научиться рассчитывать и мотать «трансы» самому. Тем более что в СССР были разработаны методики расчета трансформаторов на железе, позволяющие без потери надежности выжимать 600Вт из сердечника, который, при расчете по радиолюбительским справочникам, способен дать всего 250Вт. «Железный транс» вовсе не так туп, как кажется.

СНН

Выпрямленное напряжение нужно стабилизировать и, чаще всего, регулировать. Если нагрузка мощнее 30-40 Вт, необходима и защита от КЗ, иначе неисправность БП может вызвать аварию сети. Все это вместе делает СНН.

Простой опорный

Начинающему лучше сразу не лезть в большие мощности, а сделать для пробы простой высокостабильный СНН на 12в по схеме на Рис. 2. Его можно будет потом использовать как источник эталонного напряжения (точная его величина выставляется R5), для поверки приборов или как ИОН высококачественного СНН. Максимальный ток нагрузки этой схемы всего 40мА, но КСН на допотопном ГТ403 и таком же древнем К140УД1 более 1000, а при замене VT1 на кремниевый средней мощности и DA1 на любой из современных ОУ превысит 2000 и даже 2500. Ток нагрузки при этом также возрастет до 150-200 мА, что уже годится в дело.

0-30

Следующий этап – блок питания с регулировкой напряжения. Предыдущий выполнен по т. наз. компенсационной схеме сравнения, но переделать такой на большой ток сложно. Мы сделаем новый СНН на основе эмиттерного повторителя (ЭП), в котором РЭ и УУ совмещены всего в 1-м транзисторе. КСН выйдет где-то 80-150, но любителю этого хватит. Зато СНН на ЭП позволяет без особых ухищрений получить выходной ток до 10А и более, сколько отдаст Тр и выдержит РЭ.

Схема простого БП на 0-30В приведена на поз. 1 Рис. 3. ИПН для него – готовый трансформатор типа ТПП или ТС на 40-60 Вт со вторичной обмоткой на 2х24В. Выпрямитель типа 2ПС на диодах на 3-5А и более (КД202, КД213, Д242 и т.п.). VT1 устанавливается на радиатор площадью от 50 кв. см; очень хорошо подойдет старый от процессора ПК. При таких условиях этот СНН не боится КЗ, только VT1 и Тр греться будут, так что для защиты хватит предохранителя на 0,5А в цепи первичной обмотки Тр.

Поз. 2 показывает, насколько удобен для любителя СНН на ЭП: там схема БП на 5А с регулировкой от 12 до 36 В. Этот БП может отдать в нагрузку и 10А, если найдется Тр на 400Вт 36В. Первая его особенность – интегральный СНН К142ЕН8 (предпочтительно с индексом Б) выступает в необычной роли УУ: к его собственным 12В на выходе добавляется, частично или полностью, все 24В, напряжение от ИОН на R1, R2, VD5,VD6. Емкости С2 и С3 предотвращают возбуждение на ВЧ DA1, работающей в необычном режиме.

Следующий момент – устройство защиты (УЗ) от КЗ на R3, VT2, R4. Если падение напряжения на R4 превысит примерно 0,7В, VT2 откроется, замкнет на общий провод базовую цепь VT1, он закроется и отключит нагрузку от напряжения. R3 нужен, чтобы экстраток при срабатывании УЗ не вывел из строя DA1. Увеличивать его номинал не надо, т.к. при срабатывании УЗ нужно надежно запереть VT1.

И последнее – кажущаяся избыточной емкость конденсатора выходного фильтра С4. В данном случае это безопасно, т.к. максимальный ток коллектора VT1 в 25А обеспечивает его заряд при включении. Но зато данный СНН может в течение 50-70 мс отдать в нагрузку ток до 30А, так что этот простой блок питания пригоден для питания низковольтного электроинструмента: его пусковой ток не превышает такого значения. Нужно только сделать (хотя бы из оргстекла) контактную колодку-башмак с кабелем, надеваемую на пятку рукояти, и пусть «акумыч» отдыхает и бережет ресурс до выезда.

Об охлаждении

Допустим, в данной схеме на выходе 12В при максимуме в 5А. Это всего лишь средняя мощность электролобзика, но, в отличие от дрели или шуруповерта, он берет ее постоянно. На С1 держится около 45В, т.е. на РЭ VT1 остается где-то 33В при токе 5А. Рассеиваемая мощность – более 150Вт, даже более 160, если учесть, что VD1-VD4 тоже надо охлаждать. Отсюда ясно, что любой мощный регулируемый БП должен быть снабжен весьма эффективной системой охлаждения.

Ребристый/игольчатый радиатор на естественной конвекции проблемы не решает: расчет показывает, что нужна рассевающая поверхность от 2000 кв. см. и толщина тела радиатора (пластины, от которой отходят ребра или иглы) от 16 мм. Заполучить столько алюминия в фасонном изделии в собственность для любителя было и остается мечтой в хрустальном замке. Процессорный кулер с обдувом также не годится, он рассчитан на меньшую мощность.

Один из вариантов для домашнего мастера – алюминиевая пластина толщиной от 6 мм и размерами от 150х250 мм с насверленными по радиусам от места установки охлаждаемого элемента в шахматном порядке отверстиями увеличивающегося диаметра. Она же послужит задней стенкой корпуса БП, как на Рис. 4.

Непременное условие эффективности такого охладителя – пусть слабый, но непрерывный ток воздуха сквозь перфорацию снаружи внутрь. Для этого в корпусе (желательно вверху) устанавливают маломощный вытяжной вентилятор. Подойдет компьютерный диаметром от 76 мм, напр. доп. кулер HDD или видеокарты. Его подключают к выводам 2 и 8 DA1, там всегда 12В.

Примечание: вообще-то радикальный способ побороть эту проблему – вторичная обмотка Тр с отводами на 18, 27 и 36В. Первичное напряжение переключают смотря по тому, какой инструмент в работе.

И все-таки ИБП

Описанный БП для мастерской хорош и весьма надежен, но таскать его с собой на выезд тяжко. Вот тут и придется впору компьютерный БП: к большинству его недостатков электроинструмент нечувствителен. Некоторая доработка сводится чаще всего к установке выходного (ближайшего к нагрузке) электролитического конденсатора большой емкости с целью, описанной выше. Рецептов переделки компьютерных БП под электроинструмент (преимущественно шуруповерты, как не очень мощные, но очень полезные) в рунете известно немало, один из способов показан в ролике ниже, для инструмента на 12В.

Видео: БП 12В из компьютерного

С инструментами на 18В еще проще: при той же мощности они потребляют меньший ток. Здесь может пригодится куда более доступное устройство зажигания (балласт) от лампы-экономки на 40 и более Вт; его можно целиком поместить в корпус от негодной АКБ, и снаружи останется только кабель с сетевой вилкой. Как из балласта от сгоревшей экономки сделать блок питания для шуруповерта на 18В, см. следующее видео.

Видео: БП 18В для шуруповерта

Высокий класс

Но вернемся к СНН на ЭП, их возможности далеко еще не исчерпаны. На Рис. 5 – двухполярный мощный блок питания с регулировкой 0-30 В, пригодный для Hi-Fi звуковой аппаратуры и прочих привередливых потребителей. Установка выходного напряжения производится одной ручкой (R8), а симметрия каналов поддерживается автоматически при любой его величине и любом токе нагрузки. Педант-формалист при виде этой схемы, возможно, поседеет на глазах, но у автора такой БП исправно работает уже около 30 лет.

Главным камнем преткновения при его создании было δr = δu/δi, где δu и δi – малые мгновенные приращения напряжения и тока соответственно. Для разработки и наладки высококлассной аппаратуры нужно, чтобы δr не превышало 0,05-0,07 Ом. Попросту, δr определяет способность БП мгновенно реагировать на броски тока потребления.

У СНН на ЭП δr равно таковому ИОН, т.е. стабилитрона, деленному на коэффициент передачи тока β РЭ. Но у мощных транзисторов β на большом коллекторном токе сильно падает, а δr стабилитрона составляет от единиц до десятков Ом. Здесь же, чтобы компенсировать падение напряжения на РЭ и уменьшить температурный дрейф выходного напряжения, пришлось набрать их целую цепочку пополам с диодами: VD8-VD10. Поэтому опорное напряжение с ИОН снимается через дополнительный ЭП на VT1, его β умножается на β РЭ.

Следующая фишка данной конструкции – защита от КЗ. Простейшая, описанная выше, в двухполярную схему никак не вписывается, поэтому задача защиты решена по принципу «против лома нет приема»: защитного модуля как такового нет, но есть избыточность параметров мощных элементов – КТ825 и КТ827 на 25А и КД2997А на 30А. Т2 такой ток дать не способен, а пока он разогреется, успеют сгореть FU1 и/или FU2.

Примечание: делать индикацию перегорания предохранителей на миниатюрных лампах накаливания не обязательно. Просто тогда светодиоды были еще довольно дефицитны, а СМок в загашнике насчитывалось несколько горстей.

Осталось уберечь РЭ от экстратоков разряда фильтра пульсаций С3, С4 при КЗ. Для этого они включены через ограничительные резисторы малого сопротивления. При этом в схеме могут возникнуть пульсации с периодом, равным постоянной времени R(3,4)C(3,4). Их предотвращают С5, С6 меньшей емкости. Их экстратоки для РЭ уже не опасны: заряд стечет быстрее, чем кристаллы мощнющих КТ825/827 разогреются.

Симметрию выхода обеспечивает ОУ DA1. РЭ минусового канала VT2 открывается током через R6. Как только минус выхода по модулю превзойдет плюс, он приоткроет VT3, а тот подзакроет VT2 и абсолютные величины выходных напряжений сравняются. Оперативный контроль за симметрией выхода осуществляется по стрелочному прибору с нулем посередине шкалы P1 (на врезке – его внешний вид), а регулировка при необходимости – R11.

Последняя изюминка – выходной фильтр С9-С12, L1, L2. Такое его построение необходимо для поглощения возможных ВЧ наводок от нагрузки, чтобы не ломать голову: опытный образец глючит или БП «заколбасило». С одними электролитическими конденсаторами, зашунтированными керамикой, тут полной определенности нет, мешает большая собственная индуктивность «электролитов». А дроссели L1, L2 разделяют «отдачу» нагрузки по спектру, и – каждому свое.

Этот БП в отличие от предыдущих требует некоторой наладки:

Подключают нагрузку на 1-2 А при 30В;
R8 ставят на максимум, в крайнее верхнее по схеме положение;
С помощью эталонного вольтметра (сейчас подойдет любой цифровой мультиметр) и R11 выставляют равные по абсолютной величине напряжения каналов. Может быть, если ОУ без возможности балансировки, придется подобрать R10 или R12;
Подстроечником R14 выставляют P1 точно на ноль.

О ремонте БП

БП выходят из строя чаще других электронных устройств: они принимают на себя первый удар бросков сети, им много чего достается и от нагрузки. Даже если вы не намерены делать свой БП, ИБП найдется, кроме компа, в микроволновке, стиралке и др. бытовой технике. Умение диагностировать БП и знание основ электробезопасности даст возможность если не устранить неисправность самому, то уж со знанием дела поторговаться о цене с ремонтниками. Поэтому посмотрим, как производится диагностика и ремонт БП, особенно с ИИН, т.к. свыше 80% отказов приходится на их долю.

Насыщение и сквозняк

Прежде всего – о некоторых эффектах, без понимания которых работать с ИБП нельзя. Первый из них – насыщение ферромагнетиков. Они не способны принять в себя энергии более определенной величины, зависящей от свойств материала. На железе любители с насыщением сталкиваются редко, его можно намагнитить до нескольких Тл (Тесла, единица измерения магнитной индукции). При расчете железных трансформаторов индукцию берут 0,7-1,7 Тл. Ферриты выдерживают только 0,15-0,35 Тл, их петля гистерезиса «прямоугольнее», и работают на повышенных частотах, так что вероятность «заскочить в насыщение» у них на порядки выше.

Если магнитопровод насытился, индукция в нем более не растет и ЭДС вторичных обмоток пропадает, хоть бы первичка уже плавилась (помните школьную физику?). Теперь выключим первичный ток. Магнитное поле в магнитомягких материалах (магнитожесткие – это постоянные магниты) не может существовать стационарно, как электрический заряд или вода в баке. Оно начнет рассеиваться, индукция падать, и во всех обмотках наведется ЭДС противоположной относительно исходной полярности. Этот эффект достаточно широко используется в ИИН.

В отличие от насыщения, сквозной ток в полупроводниковых приборах (попросту – сквозняк) явление безусловно вредное. Он возникает вследствие формирования/рассасывания объемных зарядов в p и n областях; у биполярных транзисторов – преимущественно в базе. Полевые транзисторы и диоды Шоттки от сквозняка практически свободны.

Напр., при подаче/снятии напряжения на диод он, пока заряды не соберутся/рассосутся, проводит ток в обеих направлениях. Именно поэтому потери напряжения на диодах в выпрямителях больше 0,7В: в момент переключения часть заряда фильтрового конденсатора успевает стечь через обмотку. В выпрямителе с параллельным удвоением сквозняк стекает сразу через оба диода.

Сквозняк транзисторов вызывает выброс напряжения на коллекторе, способный испортить прибор или, если подключена нагрузка, сквозным экстратоком повредить ее. Но и без того транзисторный сквозняк увеличивает динамические потери энергии, как и диодный, и уменьшает КПД устройства. Мощные полевые транзисторы ему почти не подвержены, т.к. не накапливают заряд в базе за ее отсутствием, и поэтому переключаются очень быстро и плавно. «Почти», потому что их цепи исток-затвор защищены от обратного напряжения диодами Шоттки, которые чуточку, но сквозят.

Типы ИНН

ИБП ведут свою родословную от блокинг-генератора, поз. 1 на Рис. 6. При включении Uвх VT1 приоткрыт током через Rб, по обмотке Wк течет ток. Мгновенно вырасти до предела он не может (снова вспоминаем школьную физику), в базовой Wб и обмотке нагрузки Wн наводится ЭДС. С Wб она через Сб форсирует отпирание VT1. По Wн ток пока не течет, не пускает VD1.

Когда магнитопровод насытится, токи в Wб и Wн прекращаются. Затем за счет диссипации (рассасывания) энергии индукция падает, в обмотках наводится ЭДС противоположной полярности, и обратное напряжение Wб мгновенно запирает (блокирует) VT1, спасая его от перегрева и теплового пробоя. Поэтому такая схема и названа блокинг-генератором, или просто блокингом. Rк и Ск отсекают ВЧ помехи, которых блокинг дает хоть отбавляй. Теперь с Wн можно снять некоторую полезную мощность, но только через выпрямитель 1П. Эта фаза продолжается, пока Сб не перезарядится полностью или пока не иссякнет запасенная магнитная энергия.

Мощность эта, впрочем, невелика, до 10Вт. Если попробовать взять больше, VT1 сгорит от сильнейшего сквозняка, прежде чем заблокируется. Поскольку Тр насыщается, КПД блокинга никуда не годится: более половины запасенной в магнитопроводе энергии улетает греть иные миры. Правда, за счет того же насыщения блокинг до некоторой степени стабилизирует длительность и амплитуду своих импульсов, а схема его очень проста. Поэтому ИНН на основе блокинга часто применяют в дешевых телефонных зарядках.

Примечание: величина Сб во многом, но не полностью, как пишут в любительских справочниках, определяет период повторения импульсов. Величина его емкости должна быть увязана со свойствами и размерами магнитопровода и быстродействием транзистора.

Блокинг в свое время породил строчную развертку телевизоров с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ), а она – ИНН с демпферным диодом, поз. 2. Здесь УУ по сигналам от Wб и цепи обратной связи ЦОС принудительно открывает/запирает VT1 прежде чем Тр насытится. При запертом VT1 обратный ток Wк замыкается через тот самый демпферный диод VD1. Это рабочая фаза: уже большая, чем в блокинге, часть энергии снимается в нагрузку. Большая потому, что при полном насыщении вся лишняя энергия улетает, а здесь этого лишку мало. Таким путем удается снимать мощность до нескольких десятков Вт. Однако, поскольку УУ не может сработать, пока Тр не подошел к насыщению, транзистор сквозит все-таки сильно, динамические потери велики и КПД схемы оставляет желать много большего.

ИИН с демпфером до сих пор живы в телевизорах и дисплеях с ЭЛТ, поскольку в них ИИН и выход строчной развертки совмещены: мощный транзистор и Тр общие. Это намного сокращает издержки производства. Но, откровенно говоря, ИИН с демпфером принципиально чахлый: транзистор и трансформатор вынуждены все время работать на грани аварии. Инженеры, сумевшие довести эту схему до приемлемой надежности, заслуживают глубочайшего уважения, но совать туда паяльник никому, кроме мастеров, прошедших профессиональную подготовку и обладающих соответствующим опытом, настоятельно не рекомендуется.

Двухтактный ИНН с отдельным трансформатором обратной связи применяется наиболее широко, т.к. обладает наилучшими качественными показателями и надежностью. Впрочем, по части ВЧ помех и он страшно грешит по сравнению с БП «аналоговыми» (с трансформаторами на железе и СНН). В настоящее время эта схема существует во множестве модификаций; мощные биполярные транзисторы в ней почти начисто вытеснены полевыми, управляемыми спец. ИМС, но принцип действия остается неизменным. Его иллюстрирует исходная схема, поз. 3.

Устройство ограничения (УО) ограничивает ток заряда емкостей входного фильтра Сфвх1(2). Их большая величина – непременное условие работы устройства, т.к. за один рабочий цикл из них отбирается малая доля запасенной энергии. Грубо говоря, они играют роль водонапорного бака или воздушного ресивера. При заряде «накоротко» экстраток заряда может превышать 100А на время до 100 мс. Rc1 и Rc2 сопротивлением порядка МОм нужны для симметрирования напряжения фильтра, т.к. малейший разбаланс его плеч недопустим.

Когда Сфвх1(2) зарядятся, устройство запуска УЗ формирует запускающий импульс, открывающий одно из плеч (какое – все равно) инвертора VT1 VT2. По обмотке Wк большого силового трансформатора Тр2 течет ток и магнитная энергия из его сердечника через обмотку Wн почти полностью уходит на выпрямление и в нагрузку.

Небольшая часть энергии Тр2, определяемая величиной Rогр, снимается с обмотки Wос1 и подается на обмотку Wос2 маленького базового трансформатора обратной связи Тр1. Он быстро насыщается, открытое плечо закрывается и за счет диссипации в Тр2 открывается ранее закрытое, как описано для блокинга, и цикл повторяется.

В сущности, двухтактный ИИН – 2 блокинга, «пихающих» друг друга. Поскольку мощный Тр2 не насыщается, сквозняк VT1 VT2 невелик, полностью «тонет» в магнитопроводе Тр2 и в конечном итоге уходит в нагрузку. Поэтому двухтактный ИИН может быть построен на мощность до нескольких кВт.

Хуже, если он окажется в режиме ХХ. Тогда за полуцикл Тр2 успеет насытиться и сильнейший сквозняк сожжет сразу оба VT1 и VT2. Впрочем, сейчас есть в продаже силовые ферриты на индукцию до 0,6 Тл, но они дороги и от случайного перемагничивания деградируют. Разрабатываются ферриты более чем на 1 Тл, но, чтобы ИИН достигли «железной» надежности, надо хотя бы 2,5 Тл.

Методика диагностирования

При поиске неисправностей в «аналоговом» БП, если он «тупо молчит», проверяют сначала предохранители, затем защиту, РЭ и ИОН, если в нем есть транзисторы. Звонятся нормально – идем дальше поэлементно, как описано ниже.

В ИИН, если он «заводится» и тут же «глохнет», проверяют сначала УО. Ток в нем ограничивает мощный резистор малого сопротивления, затем шунтируемый оптотиристором. Если «резик» видимо подгорел, меняют его и оптрон. Прочие элементы УО выходят из строя крайне редко.

Если ИИН «молчит, как рыба об лед», диагностику начинают тоже с УО (может, «резик» совсем сгорел). Затем – УЗ. В дешевых моделях в них используются транзисторы в режиме лавинного пробоя, что далеко не весьма надежно.

Следующий этап, в любых БП – электролиты. Разрушение корпуса и вытекание электролита встречаются далеко не так часто, как пишут в рунете, но потеря емкости случается гораздо чаще, чем выход из строя активных элементов. Проверяют электролитические конденсаторы мультиметром с возможностью измерения емкости. Ниже номинала на 20% и более – опускаем «дохляка» в отстой и ставим новый, хороший.

Затем – активные элементы. Как прозванивать диоды и транзисторы вы, наверное, знаете. Но тут есть 2 каверзы. Первая – если диод Шоттки или стабилитрон звонится тестером с батарейкой на 12В, то прибор может показать пробой, хотя диод вполне исправен. Эти компоненты лучше звонить стрелочным прибором с батарейкой на 1,5-3 В.

Вторая – мощные полевики. Выше (обратили внимание?) сказано, что их И-З защищены диодами. Поэтому мощные полевые транзисторы звонятся вроде бы как исправные биполярные даже негодными, если канал «выгорел» (деградировал) не полностью.

Тут единственный доступный дома способ – замена на заведомо исправные, причем обоих сразу. Если в схеме остался горелый, он немедленно потянет за собой новый исправный. Электронщики шутят, мол, мощные полевики жить друг без друга не могут. Еще проф. шуточка – «замена гей-пары». Это к тому, что транзисторы плеч ИИН должны быть строго однотипными.

Наконец, пленочные и керамические конденсаторы. Для них характерны внутренние обрывы (находятся тем же тестером с проверкой «кондюков») и утечка или пробой под напряжением. Чтобы их «выловить», нужно собрать простенькую схемку по Рис. 7. Пошагово проверка электрических конденсаторов на пробой и утечку осуществляется так:

Ставим на тестере, никуда его не подключая, наименьший предел измерения постоянного напряжения (чаще всего – 0,2В или 200мВ), засекаем и записываем собственную погрешность прибора;
Включаем предел измерения 20В;
Подключаем подозрительный конденсатор в точки 3-4, тестер к 5-6, а на 1-2 подаем постоянное напряжение 24-48 В;
Переключаем пределы напряжения мультиметра вниз вплоть до наименьшего;
Если на любом тестер показал хоть что-то, кроме 0000.00 (на самом малом – что-то, кроме собственной погрешности), проверяемый конденсатор не годен.

На этом методическая часть диагностики заканчивается и начинается творческая, где все инструкции – собственные знания, опыт и соображение.

Пара импульсников

ИБП статья особая, вследствие их сложности и схемного разнообразия. Здесь мы, для начала, рассмотрим пару образцов на широтно-импульсной модуляции (ШИМ), позволяющей получить наилучшее качество ИБП. Схем на ШИМ в рунете много, но не так страшен ШИМ, как его малюют…

Для светодизайна

Просто зажечь светодиодную ленту можно от любого описанного выше БП, кроме того, что на Рис. 1, выставив требуемое напряжение. Хорошо подойдет СНН с поз. 1 Рис. 3, таких несложно сделать 3, для каналов R, G и B. Но долговечность и стабильность свечения светодиодов зависят не от приложенного к ним напряжения, а от протекающего через них тока. Поэтому хороший блок питания для светодиодной ленты должен включать в себя стабилизатор тока нагрузки; по-технически – источник стабильного тока (ИСТ).

Одна из схем стабилизации тока светоленты, доступная для повторения любителями, приведена на Рис. 8. Собрана она на интегральном таймере 555 (отечественный аналог – К1006ВИ1). Обеспечивает стабильный ток ленты от БП напряжением 9-15 В. Величина стабильного тока определяется по формуле I = 1/(2R6); в данном случае – 0,7А. Мощный транзистор VT3 – обязательно полевой, от сквозняка из-за заряда базы биполярного ШИМ просто не сформируется. Дроссель L1 намотан на ферритовом кольце 2000НМ K20x4x6 жгутом 5хПЭ 0,2 мм. К-во витков – 50. Диоды VD1 ,VD2 – любые кремниевые ВЧ (КД104, КД106); VT1 и VT2 – КТ3107 или аналоги. С КТ361 и т.п. диапазоны входного напряжения и регулировки яркости уменьшатся.

Работает схема так: вначале времязадающая емкость С1 заряжается по цепи R1VD1 и разряжается через VD2R3VT2, открытый, т.е. находящийся в режиме насыщения, через R1R5. Таймер генерирует последовательность импульсов с максимальной частотой; точнее – с минимальной скважностью. Безинерционный ключ VT3 формирует мощные импульсы, а его обвязка VD3C4C3L1 сглаживает их до постоянного тока.

Примечание: скважность серии импульсов есть отношение периода их следования к длительности импульса. Если, напр., длительность импульса 10 мкс, а промежуток между ними 100 мкс, то скважность будет 11.

Ток в нагрузке нарастает, и падение напряжения на R6 приоткрывает VT1, т.е. переводит его из режима отсечки (запирания) в активный (усилительный). Это создает цепь утечки тока базы VT2 R2VT1+Uпит и VT2 также переходит в активный режим. Ток разряда С1 уменьшается, время разряда увеличивается, скважность серии растет и среднее значение тока падает до нормы, заданной R6. В этом и есть суть ШИМ. На минимуме тока, т.е. при максимальной скважности, С1 разряжается по цепи VD2-R4-внутренний ключ таймера.

В оригинальной конструкции возможность оперативной регулировки тока и, соответственно, яркости свечения, не предусмотрена; потенциометров на 0,68 Ом не бывает. Проще всего регулировать яркость, включив после наладки в разрыв между R3 и эмиттером VT2 потенциометр R* на 3,3-10 кОм, выделено коричневым. Передвигая его движок вниз по схеме, увеличим время разряда С4, скважность и уменьшим ток. Другой способ – шунтировать базовый переход VT2, включив потенциометр примерно на 1 МОм в точки а и б (выделено красным), менее предпочтителен, т.к. регулировка получится более глубокой, но грубой и острой.

К сожалению, для налаживания этого полезного не только для светолент ИСТ нужен осциллограф:

Подают на схему минимальное +Uпит.
Подбором R1(импульс) и R3 (пауза) добиваются скважности 2, т.е. длительность импульса должна быть равна длительности паузы. Давать скважность меньше 2 нельзя!
Подают максимальное +Uпит.
Подбором R4 добиваются номинальной величины стабильного тока.

Для зарядки

На Рис. 9 – схема простейшего ИСН с ШИМ, пригодного для зарядки телефона, смартфона, планшета (ноутбук, к сожалению, не потянет) от самодельной солнечной батареи, ветрогенератора, мотоциклетного или автомобильного аккумулятора, магнето фонарика-«жучка» и др. маломощных нестабильных случайных источников электропитания. См. на схеме диапазон входных напряжений, там не ошибка. Этот ИСН и в самом деле способен выдавать на выход напряжение, большее входного. Как и в предыдущем, здесь наличествует эффект перемены полярности выхода относительно входа, это вообще фирменная фишка схем с ШИМ. Будем надеяться, что, прочитав внимательно предыдущее, вы в работе этой крохотульки разберетесь сами.

Попутно о заряде и зарядках

Заряд аккумуляторов весьма сложный и тонкий физико-химический процесс, нарушение которого в разы и десятки раз снижает их ресурс, т.е. к-во циклов заряд-разряд. Зарядное устройство должно по очень малым изменениям напряжения АКБ вычислять, сколько принято энергии и регулировать соответственно ток заряда по определенному закону. Поэтому зарядное устройство отнюдь и отнюдь не БП и заряжать от обычных БП можно только АКБ в устройствах со встроенным контроллером заряда: телефонах, смартфонах, планшетах, отдельных моделях цифровых фотокамер. А зарядка, которая зарядное устройство – предмет отдельного разговора.

Как самому изготовить полноценный блок питания с диапазоном регулируемого напряжения 2,5-24 вольта, да очень просто, повторить может каждый не имея за плечами радиолюбительского опыта.

Делать будем из старого компьютерного блока питания, ТХ или АТХ без разницы, благо, за годы PC Эры у каждого дома уже накопилось достаточно количество старого компьютерного железа и БП наверняка тоже там есть, поэтому себестоимость самоделки будет незначительной, а для некоторых мастеров равно нулю рублей.

Мне достался для переделки вот какой АТ блок.

Чем мощнее будете использовать БП тем лучше результат, мой донор всего 250W с 10 амперами на шине +12v, а на деле при нагрузке всего 4 А он уже не справляется, происходит полная просадка выходного напряжения.

Смотрите что написано на корпусе.

Поэтому смотрите сами, какой ток вы планируете получать с вашего регулируемого БП, такой потенциал донора и закладывайте сразу.

Вариантов доработки стандартного компьютерного БП множество, но все они основаны на изменении в обвязке микросхемы IC - TL494CN (её аналоги DBL494, КА7500, IR3М02, А494, МВ3759, М1114ЕУ, МPC494C и т.д.).

Рис №0 Распиновка микросхемы TL494CN и аналогов.

Посмотрим несколько вариантов исполнения схем компьютерных БП, возможно одна из них окажется ваша и разбираться с обвязкой станет намного проще.

Схема №1.

Приступим к работе.
Для начала необходимо разобрать корпус БП, выкручиваем четыре болта, снимаем крышку и смотрим внутрь.

Ищем на плате микросхему из списка выше, если таковой не окажется, тогда можно поискать вариант доработки в интернете под вашу IС.

В моем случае на плате была обнаружена микросхема KA7500, значит можно приступать к изучению обвязки и расположению ненужных нам деталей, которые необходимо удалить.

Для удобства работы, сначала полностью открутим всю плату и вынем из корпуса.

На фото разъём питания 220v.

Отсоединим питание и вентилятор, выпаиваем или выкусываем выходные провода, чтобы не мешали нам разбираться в схеме, оставим только необходимые, один желтый (+12v), черный (общий) и зеленый* (пуск ON) если есть такой.

В моём АТ блоке зеленого провода нет, поэтому он запускается сразу при включении в розетку. Если блок АТХ, то в нем должен быть зеленый провод, его необходимо припаять на "общий", а если пожелаете сделать отдельную кнопку включения на корпусе, то тогда просто поставьте выключатель в разрыв этого провода.

Теперь надо посмотреть на сколько вольт стоят выходные большие конденсаторы, если на них написано меньше 30v , то надо заменить их на аналогичные, только с рабочим напряжение не меньше 30 вольт.

На фото - черные конденсаторы как вариант замены для синего.

Делается это потому, что наш доработанный блок будет выдавать не +12 вольт, а до +24 вольт, и без замены конденсаторы просто взорвутся при первом испытании на 24v, через несколько минут работы. При подборе нового электролита емкость уменьшать не желательно, увеличивать всегда рекомендуется.

Самая ответственная часть работы.
Будем удалять все лишнее в обвязке IC494, и припаивать другие номиналы деталей, чтобы в результате получилась вот такая обвязка (Рис. №1).

Рис. №1 Изменение в обвязке микросхемы IC 494 (схема доработки).

Нам будут нужны только эти ножки микросхемы №1, 2, 3, 4, 15 и 16, на остальные внимание не обращать.

Рис. №2 Вариант доработки на примере схемы №1

Расшифровка обозначений.

Делать надо примерно так , находим ножку №1 (где стоит точка на корпусе) микросхемы и изучаем, что к ней присоединено, все цепи необходимо удалить, отсоединить. В зависимости от того как у вас в конкретной модификации платы будут расположены дорожки и впаяны детали, выбирается оптимальный вариант доработки, это может быть выпаивание и приподнятие одной ножки детали (разрывая цепь) или проще будет перерезать дорожку ножом. Определившись с планом действий, начинаем процесс переделки по схеме доработки.

На фото - замена резисторов на нужный номинал.

На фото - приподнятием ножек ненужных деталей, разрываем цепи.

Некоторые резисторы, которые уже впаяны в схему обвязки могут подойти без их замены, например, нам необходимо поставить резистор на R=2.7k с подключением к "общему", но там уже стоит R=3k подключенный к "общему", это нас вполне устраивает и мы его оставляем там без изменений (пример на Рис. №2, зеленые резисторы не меняются).

На фото - перерезанные дорожки и добавленные новые перемычки, старые номиналы записываем маркером, может понадобится восстановить все обратно.

Таким образом просматриваем и переделываем все цепи на шести ножках микросхемы.

Это был самой сложный пункт в переделке.

Делаем регуляторы напряжения и тока.

Берем переменные резисторы на 22к (регулятор напряжения) и 330Ом (регулятор тока), припаиваем к ним по два 15см провода, другие концы впаиваем на плату согласно схеме (Рис. №1). Устанавливаем на лицевую панель.

Контроль напряжения и тока.
Для контроля нам понадобятся вольтметр (0-30v) и амперметр (0-6А).

Эти приборы можно приобрести в Китайских интернет магазинах по самой выгодной цене, мой вольтметр мне обошелся с доставкой всего 60 рублей. (Вольтметр: )

Амперметр я использовал свой, из старых запасов СССР.

ВАЖНО - внутри прибора есть резистор Тока (датчик Тока), необходимый нам по схеме (Рис. №1), поэтому, если будете использовать амперметр, то резистор Тока ставить дополнительно не надо, без амперметра ставить надо. Обычно RТока делается самодельный, на 2-х ватное сопротивление МЛТ наматывается провод D=0,5-0,6 мм, виток к витку на всю длину, концы припаяем к выводам сопротивления, вот и все.

Корпус прибора каждый сделает под себя.
Можно оставить полностью металлический, прорезав отверстия под регуляторы и приборы контроля. Я использовал обрезки ламината, их легче сверлить и выпиливать.

Попалась в интернете недавно любопытная схемка простого, но довольно неплохого блока питания начального уровня, способного выдавать 0-24 В при ток до 5 ампер. В блоке питания предусмотрена защита, то есть ограничение максимального тока при перегрузке. В приложенном архиве есть печатная плата и документ, где приведено описание настройки данного блока, и ссылка на сайт автора. Прежде чем собирать, прочитайте внимательно описание.

Вот фото моего варианта БП, вид готовой платы, и можно посмотреть как примерно применить корпус от старого компьютерного ATX. Регулировка сделана 0-20 В 1,5 А. Конденсатор С4 под такой ток поставлен на 100 мкФ 35 В.

При коротком замыкании максимум ограниченного тока выдается и загорается светодиод, вывел резистор ограничителя на переднюю панель.

Индикатор для блока питания

Провёл у себя ревизию, нашёл пару простеньких стрелочных головок М68501 для этого БП. Просидел пол дня над созданием экрана для него, но таки нарисовал его и точно настроил под требуемые выходные напряжения.

Сопротивление используемой головки индикатора и применённый резистор указаны в прилагаемом файле на индикаторе. Выкладываю переднюю панель блока, если кому понадобится для переделки корпус от блока питания АТХ, проще будет переставить надписи и что-то добавить, чем создавать с нуля. Если потребуются другие напряжения, шкалу можно просто подкалибровать, это уже проще будет. Вот готовый вид регулируемого источника питания:

Плёнка - самоклейка типа "бамбук". Индикатор имеет подсветку зелёного цвета. Красный светодиод Attention указывает на включившуюся защиту от перегрузки.

Дополнения от BFG5000

Максимальный ток ограничения можно сделать более 10 А. На кулер - кренка 12 вольт плюс температурный регулятор оборотов - с 40 градусов начинает увеличивать обороты. Ошибка схемы особо не влияет на работу, но судя по замерам при КЗ - появляется прирост проходящей мощности.

Силовой транзистор установил 2n3055, все остальное тоже зарубежные аналоги, кроме BC548 - поставил КТ3102. Получился действительно неубиваемый БП. Для новичков-радиолюбителей самое-то.

Выходной конденсатор поставлен на 100 мкФ, напряжение не скачет, регулировка плавная и без видимых задержек. Ставил из расчёта как указано автором: 100 мкф ёмкости на 1 А тока. Авторы: Igoran и BFG5000 .

Обсудить статью БЛОК ПИТАНИЯ С РЕГУЛИРОВКОЙ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Скажу без преувеличения, что блок питания - это основа всей радиолюбительской лаборатории. И действительно, ни один девайс не запустить без нормального с индикаторами вольт и ампер. Естественно он должен быть оборудован защитой на слабый и на сильный ток. Иначе любая нештатная ситуация в схеме или малейшая ошибка монтажа и подключения, приведёт к мгновенному сгоранию чего нибудь дорогого в устройстве. Часто на форуме спрашивают - чего бы такого спаять и сделать попроще? Ответ один: Начните с нормального блока питания. И совсем необязательно ваять что-то сложное, достаточно простого регулируемого 0-15В БП с защитой от превышения значения тока в подключенной нагрузке.

Несмотря на огромное количество всякоразных схем БП в интернете и радиожурналах, я снова и снова возвращаюсь к простой, годами (десятилетиями) проверенной схеме регулируемого блока питания. Как говорится: новое - это хорошо забытое старое. Вот основные преимущества данной схемы:
- не содержит дорогих и труднодобываемых деталей;
- прост в сборке и настройке;
- нижний предел напряжения составляет всего 0,05 вольта;
- широкий диапазон выходных напряжений;
- двухдиапазонная защита по току, на 0,05 и 1А;
- высокая стабильность работы.

Трансформатор питания должен обеспечивать напряжение на 3В больше, чем требуемое максимальное на выходе. То есть если регулируется в пределах до 20В, то с трансфолрматора надо получить хотя-бы 23В. Диодный мост выбираем исходя из максимального тока, ограниченного защитой. При токе до 1А ставим обычный советский мост КЦ402. Конденсатор фильтра 4700мкф, этой ёмкости вполне достаточно, чтоб даже самая чувствительная к наводкам по питанию и помехам схема не давала фон. Этому способствует и неплохой компенсационный стабилизатор с коэфициентом подавления пульсаций больше 1000.

На фото показан регулируемый блок питания, который верой и правдой служит уже 10 лет! Собирался как временный, но работа его так понравилась, что пользуюсь им до сих пор. Сам БП и простой, но сколько сложных девайсов удалось с его помощью починить и запустить.

По схеме почти все транзисторы германиевые, но когда будете заменять их на современные кремниевые учтите, что нижний МП37 должен быть именно таким - германиевым, структуры н-п-н: МП36, МП37, МП38.

Токоограничительный узел собран на транзисторе, который следит за падением напряжения на резисторе. Здесь можно более подробно почитать про расчёт данного резистора, а так-же резисторов шунта стрелочных индикаторов. Нижний предел напряжения всего 0,05 вольт, что не по зубам даже многим более сложным схемам БП. Максимум выходного напряжения при регулировке, определяется стабилитроном Д814. Он выбирается на половину выходного напряжения. Так если надо на выходе иметь 0-25В, ставьте стабилитрон на 13В, например Д814Д.

Хороший лабораторный блок питания - это довольно дорогое удовольствие и не всем радиолюбителям оно по карману.
Тем не менее в домашних условиях можно собрать не плохой по характеристикам блок питания, который вполне справится и с обеспечением питания различных радиолюбительских конструкций, и так же может служить и зарядным устройством для различных аккумуляторов.
Собирают такие блоки питания радиолюбители, как правило из , которые везде доступны и дешевы.

В этой статье уделено мало внимания самой переделке АТХ, так как переделать компьютерный БП для радиолюбителя средней квалификации в лабораторный, или для каких то иных целей, обычно не составляет особого труда, а вот у начинающих радиолюбителей возникает по этому поводу много вопросов. В основном какие детали в БП нужно удалить, какие оставить, что добавить, чтобы такой БП превратить в регулируемый, ну и так далее.

Вот специально для таких радиолюбителей, я хочу в этой статье подробно рассказать о переделке компьютерных блоков питания АТХ в регулируемые БП, которые можно будет использовать и как лабораторный блок питания, и как зарядное устройство.

Для переделки нам понадобится исправный блок питания АТХ, который выполнен на ШИМ контроллере TL494 или его аналогах.
Схемы блоков питания на таких контроллерах в принципе отличаются друг от друга не сильно и все в основном похожи. Мощность блока питания не должна быть меньше той, которую планируете в будущем снимать с переделанного блока.

Давайте рассмотрим типовую схему блока питания АТХ, мощностью 250 Вт. У блоков питания "Codegen" схема почти не отличается от этой.

Схемы всех подобных БП состоят из высоковольтной и низковольтной части. На рисунке печатной платы блока питания (ниже) со стороны дорожек, высоковольтная часть отделена от низковольтной широкой пустой полосой (без дорожек), и находится справа (она меньше по размеру). Её мы трогать не будем, а будем работать только с низковольтной частью.
Это моя плата и на её примере я Вам покажу вариант переделки БП АТХ.

Низковольтная часть рассматриваемой нами схемы, состоит из ШИМ контроллера TL494, схемы на операционных усилителях, которая контролирует выходные напряжения блока питания, и в случае их несоответствия - даёт сигнал на 4-ю ножку ШИМ контроллера на выключение блока питания.
Вместо операционного усилителя на плате БП могут быть установлены транзисторы, которые в принципе выполняют ту же самую функцию.
Дальше идёт выпрямительная часть, которая состоит из различных выходных напряжений, 12 вольт, +5 вольт, -5 вольт, +3,3 вольта, из которых для наших целей будет необходим только выпрямитель +12 вольт (жёлтые выходные провода).
Остальные выпрямители и сопутствующие им детали необходимо будет удалить, кроме выпрямителя "дежурки", который нам понадобится для питания ШИМ контроллера и куллера.
Выпрямитель дежурки даёт два напряжения. Обычно это 5 вольт и второе напряжение может быть в районе 10-20 вольт (обычно около 12-ти).
Мы будем использовать для питания ШИМа второй выпрямитель. К нему также подключается и вентилятор (куллер).
Если это выходное напряжение будет значительно выше 12-ти вольт, то вентилятор подключать к этому источнику нужно будет через дополнительный резистор, как будет далее в рассматриваемых схемах.
На схеме ниже, я пометил высоковольтную часть зелёной линией, выпрямители "дежурки" - синей линией, а всё остальное, что необходимо будет удалить - красным цветом.

Итак всё, что помечено красным цветом - выпаиваем, а в нашем выпрямителе 12 вольт меняем штатные электролиты (16 вольт) на более высоковольтные, которые будут соответствовать будущему выходному напряжению нашего БП. Также необходимо будет выпаять в цепи 12-ой ножки ШИМ контроллера и средней части обмотки согласующего трансформатора - резистор R25 и диод D73 (если они есть в схеме), и вместо них в плату впаять перемычку, которая на схеме нарисована синей линией (можно просто замкнуть диод и резистор не выпаивая их). В некоторых схемах этой цепи может и не быть.

Далее в обвязке ШИМа на первой его ноге оставляем только один резистор, который идёт к выпрямителю +12 вольт.
На второй и третьей ноге ШИМа - оставляем только Задающую RC цепочку (на схеме R48 C28).
На четвёртой ноге ШИМа оставляем только один резистор (на схеме обозначен как R49. Да, ещё во многих схемах между 4-ой ногой и 13-14 ножками ШИМа - обычно стоит электролитический конденсатор, его (если он есть) тоже не трогаем, так как он предназначен для мягкого старта БП. В моей плате его просто не было, поэтому я его поставил.
Ёмкость его в стандартных схемах 1-10 мкФ.
Потом освобождаем 13-14 ножки от всех соединений, кроме соединения с конденсатором, и также освобождаем 15-ю и 16-ю ножки ШИМа.

После всех выполненных операций у нас должно получиться следующее.

Вот как это выглядит у меня на плате (ниже на рисунке).
Дроссель групповой стабилизации я здесь перемотал проводом 1,3-1,6 мм в один слой на родном сердечнике. Поместилось где то около 20-ти витков, но можно этого не делать и оставить тот, что был. С ним тоже всё хорошо работает.
На плату я так же установил другой нагрузочный резистор, который у меня состоит из двух параллельно включенных резисторов по 1,2 кОм 3W, общее сопротивление получилось 560 Ом.
Родной нагрузочный резистор рассчитан на 12 вольт выходного напряжения и имеет сопротивление 270 Ом. У меня выходное напряжение будет около 40-ка вольт, поэтому я поставил такой резистор.
Его нужно рассчитывать (при максимальном выходном напряжении БП на холостом ходу) на ток нагрузки 50-60 мА. Так как работа БП совсем без нагрузки не желательна, поэтому он и ставится в схему.

Вид платы со стороны деталей.

Теперь что необходимо будет нам добавить в подготовленную плату нашего БП, чтобы превратить его в регулируемый блок питания;

В первую очередь, чтобы не пожечь силовые транзисторы, нам нужно будет решить проблему стабилизации тока нагрузки и защиту от короткого замыкания.
На форумах по переделке подобных блоков, встретил такую интересную вещь - при экспериментах с режимом стабилизации тока, на форуме pro-radio , участник форума DWD привёл такую цитату, приведу её полностью:

"Я как-то рассказывал, что не смог получить нормальную работу ИБП в режиме источника тока при низком опорном напряжении на одном из входов усилителя ошибки ШИМ контроллера.
Более 50мВ - нормально, а меньше - нет. В принципе, 50мВ это гарантированный результат, а в принципе, можно получить и 25мВ, если постараться. Меньше - ни как не получалось. Работает не устойчиво и возбуждается или сбивается от помех. Это при плюсовом напряжении сигнала с датчика тока.
Но в даташите на TL494 есть вариант, когда с датчика тока снимается отрицательное напряжение.
Я переделал схему на этот вариант и получил отличный результат.
Вот фрагмент схемы.

Собственно, всё стандартно, кроме двух моментов.
Во первых, лучшая стабильность при стабилизации тока нагрузки при минусовом сигнале с датчика тока это случайность или закономерность?
Схема прекрасно работает при опорном напряжении в 5мВ!
При положительном сигнале с датчика тока стабильная работа получается только при более высоких опорных напряжениях (не менее 25мВ).
При номиналах резисторов 10Ом и 10КОм ток стабилизировался на уровне 1,5А вплоть до КЗ выхода.
Мне ток нужен больше, по этому поставил резистор на 30Ом. Стабилизация получилась на уровне 12...13А при опорном напряжении 15мВ.
Во вторых (и самое интересное), датчика тока, как такового у меня нет...
Его роль выполняет фрагмент дорожки на плате длиной 3см и шириной 1см. Дорожка покрыта тонким слоем припоя.
Если в качестве датчика использовать эту дорожку на длине 2см, то ток стабилизируется на уровне 12-13А, а если на длине 2,5см, то на уровне 10А."

Так как этот результат оказался лучше стандартного, то и мы пойдём таким-же путём.

Для начала нужно будет отпаять от минусового провода средний вывод вторичной обмотки трансформатора (гибкую косу), или лучше не выпаивая её (если позволяет печатка) - перерезать печатную дорожку на плате, которая соединяет её с минусовым проводом.
Дальше нужно будет впаять между разрезом дорожки токовый датчик (шунт), который будет соединять средний вывод обмотки с минусовым проводом.

Шунты лучше всего брать из неисправных (если найдёте) стрелочных ампервольтметров (цешек), или из китайских стрелочных или цифровых приборов. Выглядят они примерно так. Вполне достаточно будет куска длинной 1,5-2,0 см.

Можно конечно попробовать поступить и так, как написал выше DWD , то есть если дорожка от косы к общему проводу достаточной длинны, то попробовать её использовать в качестве токового датчика, но я этого делать не стал, у меня плата попалась другой конструкции, вот такая, где обозначены красной стрелкой две проволочные перемычки, которые соединяли вывод косы с общим проводом, а между ними проходили печатные дорожки.

Поэтому после удаления лишних деталей с платы, я выпаял эти перемычки и на их место впаял токовый датчик от неисправной китайской "цешки".
Потом на место припаял перемотанный дроссель, установил электролит и нагрузочный резистор.
Вот ка выглядит кусок платы у меня, где я красной стрелкой пометил установленный токовый датчик (шунт) на месте проволочной перемычки.

Потом отдельным проводом необходимо этот шунт соединить с ШИМом. Со стороны косы - с 15-ой ножкой ШИМа через резистор 10 Ом, а 16-ю ножку ШИМ-а соединить с общим проводом.
С помощью резистора 10 Ом можно будет подобрать максимальный выходной ток нашего БП. На схеме DWD стоит резистор 30 Ом, но начните пока с 10-ти Ом. Увеличение номинала этого резистора - увеличивает максимальный выходной ток БП.

Как я уже раньше говорил, выходное напряжение блока питания у меня около 40-ка вольт. Для этого я перемотал себе трансформатор, но в принципе можно не перематывать, а повысить выходное напряжение другим способом, но для меня этот способ оказался удобнее.
Обо всём этом я расскажу немного позже, а пока продолжим и начнём устанавливать на плату необходимые дополнительные детали, чтобы у нас получился работоспособный блок питания или зарядное устройство.

Ещё раз напомню, что если у Вас на плате между 4-ой и 13-14 ножками ШИМа не стоял конденсатор (как в моём случае), то его желательно добавить в схему.
Так же нужно будет установить два переменных резистора (3,3-47 кОм) для регулировки выходного напряжения (V) и тока (I) и соединить их с нижеприведённой схемой. Провода соединения желательно делать как можно короче.
Ниже я привёл только часть схемы, которая нам необходима - в такой схеме проще будет разобраться.
На схеме вновь установленные детали обозначены зелёным цветом.

Схема вновь установленных деталей.

Приведу немного пояснений по схеме;
- Самый верхний выпрямитель - это дежурка.
- Величины переменных резисторов показаны, как 3,3 и 10 кОм - стоят такие, какие нашлись.
- Величина резистора R1 указана 270 Ом - он подбирается по необходимому ограничению тока. Начинайте с малого и у Вас он может оказаться совсем другой величины, например 27 Ом;
- Конденсатор С3 я не пометил, как вновь установленные детали в расчёте на то, что он может присутствовать на плате;
- Оранжевой линией обозначены элементы, которые может придётся подбирать или добавлять в схему в процессе наладки БП.

Дальше разбираемся с оставшимся 12-ти вольтовым выпрямителем.
Проверяем, какое максимальное напряжение способен выдать наш БП.
Для этого временно отпаиваем от первой ноги ШИМа - резистор, который идёт на выход выпрямителя (по схеме выше на 24 кОм), затем нужно включить блок в сеть, предварительно соединить в разрыв любого сетевого провода, в качестве предохранителя - обычную лампу накаливания 75-95 Вт. Блок питания в этом случае выдаст нам максимальное напряжение, на которое он способен.

Прежде, чем включать блок питания в сеть, убедитесь, что электролитические конденсаторы в выходном выпрямителе заменены на более высоковольтные!

Все дальнейшие включения БП производить только с лампой накаливания, она убережёт БП от аварийных ситуаций, в случае каких либо допущенных ошибок. Лампа в этом случае просто загорится, а силовые транзисторы останутся целыми.

Дальше нам нужно зафиксировать (ограничить) максимальное выходное напряжение нашего БП.
Для этого резистор на 24 кОм (по схеме выше) от первой ноги ШИМа, меняем временно на подстроечный, например 100 кОм, и выставляем им необходимое нам максимальное напряжение. Желательно выставить так, что бы оно было меньше процентов на 10-15 от максимального напряжения, которое способен выдать наш БП. Потом на место подстроечного резистора впаять постоянный.

Если Вы планируете этот БП использовать в качестве зарядного устройства, то штатную диодную сборку используемую в этом выпрямителе, можно оставить, так как её обратное напряжение 40 вольт и для зарядного устройства она вполне подойдёт.
Тогда максимальное выходное напряжение будущего зарядного нужно будет ограничить выше описанным способом, в районе 15-16 вольт. Для зарядного устройства 12-ти вольтовых АКБ это вполне достаточно и повышать этот порог не нужно.
Если планируете использовать Ваш переделанный БП в качестве регулируемого блока питания, где выходное напряжение будет больше 20-ти вольт, то эта сборка уже не подойдёт. Её нужно будет заменить на более высоковольтную с соответствующим током нагрузки.
Себе на плату я поставил две сборки в параллель по 16 ампер и 200 вольт.
При конструировании выпрямителя на таких сборках, максимальное выходное напряжение будущего блока питания может быть от 16-ти и до 30-32 вольт. Всё зависит от модели блока питания.
Если при проверке БП на максимально-выдавамое напряжение, БП выдаёт напряжение меньше планируемого, и кому то нужно будет больше напряжения на выходе (40-50 вольт например), то нужно будет вместо диодной - сборки собрать диодный мост, косу отпаять от своего места и оставить висеть в воздухе, а минусовой вывод диодного моста соединить на место выпаянной косы.

Схема выпрямителя с диодным мостом.

С диодным мостом выходное напряжение блока питания будет в два раза больше.
Очень хорошо для диодного моста подходят диоды КД213 (с любой буквой), выходной ток с которыми может достигать до 10-ти ампер, КД2999А,Б (до 20-ти ампер) и КД2997А,Б (до 30-ти ампер). Лучше всего конечно последние.
Все они выглядят вот так;

Нужно будет в таком случае продумать крепление диодов к радиатору и изоляцию их друг от друга.
Но я пошёл другим путём - просто перемотал трансформатор и обошёлся, как говорил выше. двумя диодными сборками в параллель, так как на плате было для этого предусмотрено место. Для меня этот путь оказался проще.

Перемотать трансформатор особого труда не составляет и как это сделать - рассмотрим ниже.

Для начала выпаиваем трансформатор из платы и смотрим по плате, к каким выводам припаяны 12-ти вольтовые обмотки.

В основном встречаются двух видов. Такие, как на фото.
Дальше нужно будет разобрать трансформатор. Проще конечно будет справиться с меньшими по размеру, но и бОльшие тоже поддаются.
Для этого нужно очистить сердечник от видимых остатков лака (клея), взять небольшую ёмкость, налить в неё воды, положить туда трансформатор, поставить на плиту, довести до кипения и "поварить" наш трансформатор 20-30 минут.

Для меньших трансформаторов это вполне достаточно (можно и меньше) и подобная процедура абсолютно не повредит сердечнику и обмоткам трансформатора.
Потом, придерживая сердечник трансформатора пинцетом (можно прямо в таре) - острым ножом пробуем отсоединить ферритовую перемычку от Ш-образного сердечника.

Делается это довольно легко, так как лак размягчается от такой процедуры.
Дальше так же аккуратно, пробуем освободить каркас от Ш-образного сердечника. Это тоже довольно просто делается.

Потом сматываем обмотки. Сначала идёт половина первичной обмотки, в основном около 20-ти витков. Сматываем её и запоминаем направление намотки. Второй конец этой обмотки можно и не отпаивать от места его соединения с другой половиной первички, если это не мешает дальнейшей работе с трансформатором.

Потом сматываем все вторички. Обычно идёт 4 витка сразу обеих половин 12-ти вольтовых обмоток, потом 3+3 витка 5-ти вольтовых. Всё сматываем, отпаиваем от выводов и наматываем новую обмотку.
Новая обмотка будет содержать 10+10 витков. Наматываем её проводом, диаметром 1,2 - 1,5 мм, или набором более тонких проводов (легче мотать) соответствующего сечения.
Начало обмотки припаиваем к одному из выводов, к которым была припаяна 12-ти вольтовая обмотка, мотаем 10 витков, направление намотки роли не играет, выводим отвод на "косу" и в том же направлении, что и начинали - мотаем ещё 10 витков и конец припаиваем на оставшийся вывод.
Дальше изолируем вторичку и наматываем на неё, смотанную нами ранее, вторую половину первички, в том же направлении, как она была намотана ранее.
Собираем трансформатор, впаиваем в плату и проверяем работу БП.

Если в процессе регулировки напряжения возникают какие либо посторонние шумы, писки, трески, то чтобы избавиться от них, нужно будет подобрать RC-цепочку, обведённую оранжевым эллипсом ниже на рисунке.

В некоторых случаях можно совсем убрать резистор и подобрать конденсатор, а в некоторых без резистора нельзя. Можно будет попробовать добавить конденсатор, или такую же RC цепочку, между 3 и 15 ножками ШИМа.
Если это не помогает, то нужно установить дополнительные конденсаторы (обведены оранжевым), номиналы их приблизительно 0,01 мкф. Если это мало помогает, то установить ещё и дополнительный резистор 4,7 кОм от второй ноги ШИМа к среднему выводу регулятора напряжения (на схеме не показан).

Потом нужно будет нагрузить выход БП, например автомобильной лампой ватт на 60, и попробовать регулировать ток резистором "I".
Если предела регулировки тока будет мало, то нужно увеличить номинал резистора, который идёт от шунта (10 Ом), и снова попробовать регулировать ток.
Не следует ставить вместо этого резистора подстроечный, изменяйте его величину, только установкой другого резистора с большим или меньшим номиналом.

Может случиться так, что при увеличении тока - лампа накаливания в цепи сетевого провода загорится. Тогда нужно уменьшить ток, выключить БП и вернуть номинал резистора к предыдущему значению.

Ещё, для регуляторов напряжения и тока, лучше всего попробовать приобрести регуляторы СП5-35, которые бывают с проволочными и жесткими выводами.

Это аналог многооборотных резисторов (всего на полтора оборота), ось которого совмещена с плавным и грубым регулятором. Регулируется сначала "Плавно", потом когда у него заканчивается предел, начинает регулироваться "Грубо".
Регулировка такими резисторами очень удобна, быстра и точна, гораздо лучше, чем многооборотником. Но если их достать не удастся, то приобретите обычные многооборотные, такие например;

Ну вот вроде я всё Вам и рассказал, что планировал довести по переделке компьютерного БП, и надеюсь, что всё понятно и доходчиво.

Если у кого-то возникнут какие либо вопросы по конструкции блока питания, задавайте их на форуме.

Удачи Вам в конструировании!