Заказать
Наш опрос

Стал ли сайт Вам полезным?

Просмотреть результаты

Loading ... Loading ...

Автомобильное зарядное устройство + лабораторный блок питания из компьютерного БП АТХ

Как известно, при кратковременных поездках в городе автомобильный аккумулятор не успевает заряжаться, постоянный недозаряд приводит к сульфатации пластин и к сокращению службы самого аккумулятора. При эксплуатации авто только в городском режиме советуют раз в 3-4 месяца полностью заряжать автомобильный аккумулятор штатным зарядным устройством. Да вот беда – нормальное зарядное есть не у всех, денег на него жалко, а заряжать аккумулятор желательно регулярно. Для тех, у кого нет лишних 30-50 баксов на автомобильную зарядку от сети, а иметь оную уж очень хочется, и предназначена эта статья.

Очень неплохую вещь можно сделать из обычного компьютерного блока питания АТХ. Компьютерный блок питания ваще шикарная штука, ибо предназначен для того, чтобы молотить круглосуточно, запитывая материнку, процессор, винчестер, да еще и выдавать при этом довольно солидные токи. В самих компьютерах БП периодически мрут, ибо сделаны в большинстве своем китайцами, а эти ребята привыкли экономить на всем – занижать параметры конденсаторов, ставить резисторы меньшей мощности, и вообще за это им огромное спасибо, ибо благодаря их стараниям у меня, к примеру, нет недостатка в компьютерных блоках питания для экспериментов.

Достать компьютерный БП проще простого – нужно пойти в любой компьютерный магазин, у которого есть свой сервисный центр, и купить за очень недорого «дохлый» блок питания. Как правило у любого сервисного центра есть здоровенная коробка этих самых БП, ибо чинить их экономически невыгодно – компьютерные магазины, вообще-то зарабатывают не на ремонте БП, а на их продаже :) Так что если подойти к директору, прикинуться бедным студентом, рассказать жалобную историю, что мол детали дорогие, а денег нет, то думаю за каких-то десять баксов можно притащить домой солидную кучу блоков питания.

Скажу сразу – не всякий блок питания подойдет для переделки. Внутри блока питания стоит микросхема ШИМ-контроллера, которая управляет полумостовым преобразователем. Нас интересует блок питания с установленным ШИМ TL 494 (аналоги KA7500, DBL494, M5T494 и тому подобное). На этой микросхеме с небольшими изменениями можно получить не только автомобильное зарядное устройство, но и полноценный лабораторный блок питания с регулируемым стабилизированным напряжением и ограничением тока.

Из блоков питания с установленными ШИМ SG6105 , АТ2003 и т.д. получить блок питания с регулируемыми параметрами не получится, максимум что из него можно выжать – автомобильное зарядное 14.2-14.8В/3-6 А.

В этой статье  мы рассмотрим переделку БП на самой распространенной ШИМ TL 494. Структурная схема ШИМ показана на рисунке:

Выводы 1 и 2 – неинвертирующего и инвертирующего входов усилителя ошибки 1; вывод 3 – вход «обратной связи»; вывод 4 – вход регулировки «мертвого времени» (время, в течение которого закрыты оба выходных транзистора, причем независимо от величины тока нагрузки); выводы 5 и 6 – для подключения внешних элементов ко встроенному генератору пилообразного напряжения; вывод 7 – общий; выводы 8 и 9 – коллектор и эмиттер первого транзистора; выводы 11 и 10 – коллектор и эмиттер второго транзистора; вывод 12 – питание; вывод 13 – выбор режима работы (возможна работа в одно- или двухтактном режиме: если на этом выводе присутствует логическая «1″ (+2,4…+5 В), то транзисторы открываются поочередно (двухтактный режим работы); если на выводе будет «О» (0…0.4 В), то это однотактный режим, при этом транзисторы могут быть включены параллельно для увеличения выходного тока); вывод 14 – выход опорного напряжения (+5 В); выводы 15 и 16 – неинвертирующий и инвертирующий входы усилителя ошибки 2.
ШИМ-контроллер работает на фиксированной частоте и содержит встроенный генератор пилообразного напряжения, который требует для установки частоты всего два внешних компонента: резистора Rt и конденсатора Ct. При этом частота генерации будет равна f=1,1/RtCt.

После того, как  БП принесли домой, разобрали, прошлись кисточкой и пропылесосили, нужно убедиться, что входные цепи, а также источник питания дежурного режима (так называемая дежурка) работают и выдают на ШИМ питание.

Для начала проверяем работоспособность источника дежурного питания. Дежурка работает всегда, когда на блок питания подано 220В и включен тублер. Она выдает два напряжения – одно на питание ШИМ, другое +5Vsb (Standbye). Сигнал Standbye – фиолетовый провод большого разъема питания, 9 контакт.

При включенном в сеть БП на 9 контакте должно быть 5В. Если нет, ищем неисправность в цепях дежурки. Если есть – проверяем наличие питания на выводе 12 ШИМ. Микросхема запускается  при подаче на вывод 12 напряжения от 7 до 41В (в среднем дежурка выдает 12-15В).

Схема дежурного источника питания выглядит примерно так:

Дежурка выполнена по схеме однотактного преобразователя с насыщающимся трансформатором. Чаще всего высыхают электролитические конденсаторы, теряют емкость конденсаторы обвязки. Прозваниваем транзистор, диоды, первичную и вторичную обмотки трансформатора на предмет КЗ.

Если дежурка работает, а ШИМ не запускается, проверяем работоспособность ШИМ-преобразователя. Для этого необходимо иметь стабилизированный источник питания +12В. Подключаем источник к выводу 12 ШИМ, вывод 4 закорачиваем на землю. При наличии осциллографа можно стать на  ноги 8, 11 и посмотреть сигналы на транзисторы раскачки, а на  ноге 5 можно наблюдать «пилу» работающего внутреннего генератора. Если осциллографа нет, то мультиметром проверяем наличие +5В на выводе 14 – если есть, то внутренний источник опорного напряжения работает.

Очень часто случается, что при закорачивании вывода 4 ШИМ на землю БП АТХ начинает работать. В этом случае причина неисправности кроется в цепях защиты от перегрузок и цепях формирования служебных сигналов. Так как в дальнейшем  эти цепи защиты нам будут не нужны, и от +3.3/+5В мы откажемся вообще, проверка цепей защиты здесь рассматриваться не будет. Должен заметить, что включение БП АТХ происходит при замыкании сигнала PS_ON на землю (зеленый провод, 16 контакт). Так как этот сигнал относится к цепям формирования служебных сигналов, он нас не интересует – мы запустим БП без него.

Наша основная задача – запустить блок питания и получить на выходе +12В, с которым мы и будем в дальнейшем работать. Простейшая схема компьютерного блока питания на ШИМ TL494 (аналог КА7500) показана на рисунке ниже:

Схема БП состоит из следующих блоков:

1. Сетевой фильтр и выпрямитель.

2. Схема измерений перенапряжений, она же схема защиты и формирования служебных сигналов.

3. Дежурный источник питания.

4. Усилитель мощности.

5. Выпрямитель для напряжения +12В вторичной цепи источника питания.

6. Схема промежуточного усилителя.

Микросхему ШИМ легко найти невооруженным взглядом :)

Допустим ШИМ работает, но на выходе напряжений нет. Проверяем цепи усилителя мощности  и силовые транзисторы.

Все осциллограммы снимать относительно эмиттера. Основные неисправности – обрывы резисторов  в цепях базы, потеря емкости конденсаторами или их пробой, межвитковое КЗ в обмотках трансформатора, пробой высоковольтных транзисторов.

Итак, наша основная задача – получить на выходе +12В. Условно будем полагать, что с этой задачей мы успешно справились, ибо разбор конструкции БП АТХ и принципы его ремонта не входит в нашу первоочередную задачу. Выходная часть с выпрямителем и фильтрами питания сделаны по примерно одной и той же схеме:

Так как напряжения +3.3В, +5В, – 5В и -12В нам не нужны, можно смело выпаивать все компоненты на выходе, отвечающие за эти напряжения. Оставляем выходной дроссель, электролитический конденсатор в цепи +12В заменяем на 2200 мкФ 50В (изначально там стоит конденсатор, расчитанный на рабочее напряжение 16В, в случае переделки БП под выходное напряжение 25В он взорвется). Также не лишним будет заменить сборку диодов Шоттки в цепи +12В на другую, с большим прямым током. Можно заменить эту сборку на ту, которая стояла в цепи +5В или поставить сборку диодов Шоттки на более высокий ток, скажем, 10TQ045 с прямым током 10А или MBR1545CT с прямым током 15А. Заодно выпаиваем со схемы весь жгут проводов – он нам больше не понадобится.

После выпаивания запасных компонентов должно получиться примерно следующее:

Не бойтесь выпаивать все лишнее – для запуска ШИМ TL494 нужно всего 4 сопротивления и один конденсатор (не считая пары переменных резисторов). Они уже есть на схеме, даже если Вы выпаяете лишнее, потом ориентируясь по печатным проводникам, можно будет вернуть нужные компоненты (3 сопротивления и 1 емкость) на место. Нижняя микросхема LM339 – счетверенный компаратор, на котором собрана схема защиты, также не нужна. Ее можно смело выпаивать или выкусывать, я обломался :)

На плате оставляем только дроссель (ниже радиатора), и заменяем конденсатор в цепи +12В на 2200 мкФ 35В – изначально там стоит конденсатор на напряжение 16В.

При переделке компьютерного БП в лабораторный источник питания я опирался вот на эту схему, называемую в народе «схема итальянца» (кликабельно для увеличения):

Или же можно воспользоваться схемой попроще:

Здесь показана минимальная обвязка ШИМ TL494 для того, чтобы микросхема заработала. Так как раньше блок питания уже как-то работал, скорей всего эта обвязка уже присутствует в схеме, нужно только изменить подключение выводов 1, 2, 4, 15 и 16.  На контакт 12 подается напряжение с дежурного источника питания. Контакт 4 садится на землю. Можно проследить дорожку и выпаять диод, через который на контакт 4 подается сигнал ошибки со схемы защиты. Схема защиты с сигналом PS_ON нам уже тоже не нужна, поэтому ее можно смело выковыривать из платы, вместо нее мы соберем схему ограничения тока.

* Прослеживаем по дорожкам выводы 15 и 16, отпаиваем от них компоненты и соединяем согласно схеме.

* Прослеживаем по дорожкам распайку выводов 1, 2, отпаиваем от них  компоненты и соединяем согласно схеме.

Кроме этого, нам понадобится два переменных резистора нужного номинала, и шунт 0.1-0.0.1. Шунт я сделал с двух «керамических» сопротивлений номиналом 0.2 Ом, соединив их параллельно. На самом деле это не керамические сопротивления, а обычные резисторы, зацементированные в керамику, поэтому при нагреве их номинал «уплывает», желательно в качестве шунта применять что-то типа старых советских проволочных резисторов С5-16. Вот что вышло в итоге:

Фактически для переделки БП АТХ в лабораторный источник питания или зарядное устройство нужно два переменных резистора и шунт на 0.1-0.01 Ом. Ну и конечно мало-мальские познания в электронике и большое желание замутить что-то такое на зависть всем пацанам из соседних гаражей ;) . Что в танке главное, знаете? Правильно, плюс небольшая внимательность.

В принципе уже после этого напряжение на выходе можно менять в пределах от 2.5 до 25В, а ограничение тока можно выставлять от 0.5 до 15 А. Выставив однажды сопротивлением 14.2-14.6В и ограничив ток в пределах 0.1С от емкости заряжаемой батареи (для батареи 50А*ч ток заряда должен быть равен 5А), мы получим полноценное зарядное устройство. Так как схема БП АТХ является по-сути стабилизатором напряжения, то она будет поддерживать заданное раннее напряжение, а вот ток по мере заряда аккумулятора будет падать. И это является очень большим преимуществом этого зарядного устройства по сравнению с остальными зарядными, у которых стабилизированный ток заряда – нет риска что аккумулятор «закипит». Аккумулятор можно бесконечно долго держать подключенным к этому зарядному устройству – по мере набора емкости ток заряда будет снижаться вплоть до ноля, фактически переходя в заряд «капельным режимом», то есть поддерживая емкость аккумулятора неограниченное время.

Но так как такое зарядное устройство будет использоваться раз в два-три месяца, если не раз в год, а остальное время оно просто будет валяться в гараже, есть очень большой соблазн потратить еще один день, и сделать из него полноценный лабораторный блок питания. Понадобится только две измерительные головки – вольтметр и амперметр. Можно прикрутить китайский блок 2 в 1, амперметр + вольтметр. Либо для пущей убедительности возможна установка аналоговых вольтметра и амперметра. Амперметр нужен обязательно с шунтом на тот предел, который указан на шкале. Иначе замучаетесь подбирать отрезок провода необходимого сопротивления. В моем случае манганиновый шунт уже встроен в амперметр.

Вырезав из текстолита лицевую панель, профрезеровав отверстия под амперметр, вольтметр, регуляторы и прочее, я собрал все воедино.

Можно пойти другим путем, и сделать переднюю панель скажем из нержавейки, порезав ее лазером.

В результате получился полноценный блок питания с пределами 25В/10А (ток фактически больше, порядка 15А)

Работа блока на нагрузку в виде автомобильной лампы.

Работа блока на нагрузку в виде автомобильной лампы.

Вид блока со стрелочными индикаторами

Штатный вентилятор нужно подключить к бывшему выходу +12В, развернув его так, чтобы он дул внутрь блока, охлаждая радиаторы силовых транзисторов и выходных диодов. У меня заодно он обдувает и шунт. При этом чем выше напряжение, тем больше скорость вращения вентилятора. Не пытайтесь изменить направление вращения, изменяя полярность питания – внутри вентилятора стоит специальная микросхема, она скорей всего сдохнет :)

ВНИМАНИЕ! Схема фактически не содержит защиты от короткого  замыкания, вместо нее на одном из компараторов ошибки ШИМ TL494 собрано ограничение выходного тока. Это значит, что если замкнуть накоротко выходы источника питания, ток короткого замыкания в цепях будет равен лишь выставленному ранее ограничению тока! Блок питания достаточно мощный, если ограничение тока будет выставлено на максимум, он будет «вдувать» в нагрузку (которая по сути шунт 0.1 Ом) максимальный ток. Помните об этом, если Вы не хотите, чтобы из вашего блока ушел волшебный дым, на котором работает вся электроника.

Для избежания подобных казусов нагрузка в моем случае подключается через предохранитель на 15А. Есть хотя бы один шанс из ста что при КЗ  предохранитель успеет сгореть ранше, чем сгорит что-то в схеме. К сожалению, происходит ровно наоборот – схема вылетает, защитив собой предохранитель :)

ВНИМАНИЕ ШТРИХ! При подключении к аккумулятору строго соблюдать полярность! В противном случае все тот же волшебный дым покинет какой-то компонент схемы, и он больше никогда не будет работать.

Порядок зарядки аккумулятора. На холостом ходу выставить регулятором тока минимальное ограничение тока (крайнее левое или крайнее правое положение сопротивления R3 согласно вышеприведенной схеме, зависящее (положение) от распайки резистора), регулятором напряжения выставить напряжение 14.2-14.6В для обычных аккумуляторов и 14.8-15.6 для кальциевых. Отключить источник питания от сети. Подключить аккумулятор, соблюдая полярность. Включить источник питания и регулятором тока выставить нужный ток заряда.

При этом напряжение немного упадет до какого-то значения, которое зависит от внутреннего сопротивления аккумулятора, но стабилизатор тока будет держать нужный ток. По мере набора аккумулятором емкости ток заряда будет падать, а напряжение вернется до установленного ранее значения.

Во избежании взрыва подключать и отключать аккумулятор только при выключенном источнике питания!!!!

Примечание. Длительная  нагрузка (порядка 10 часов) источника питания двумя параллельными автомобильными лампами 12В 55Вт при напряжении 14.6В и суммарном токе потребления почти 8А показало, что при работающем обдуве какого-то сильно критичного нагрева компонентов внутри блока питания нет.

Выводы: зарядное устройство для аккумуляторов, сделанное на базе блока питания АТХ обладает следующими преимуществами:

1. Фантастическая живучесть и работоспособность. Компьютерные импульсные блоки питания с принудительным охлаждением имеют КПД порядка 80-85%, диапазон входного напряжения 160-240В, время наработки на отказ порядка 50 тыс. часов. Другими словами, блок питания предназначен для того, чтобы сутками молотить включенным. Так как используется только напряжение +12в, то выходной трансформатор нагружен даже меньше, чем если бы использовались также +5В и +3.3В, ибо их обмотки намотаны на одном сердечнике выходного трансформатора.

2. Стабилизация выходного напряжения в пределах ±5% для значения +12В

3. Ограничение тока, из чего следует, что зарядное такого типа смело можно применять для заряда необслуживаемых гелиевых аккумуляторов – риск «закипятить» аккумулятор  отсутствует. Последний возьмет столько тока, сколько ему нужно.

4. Возможность заряжать аккумулятор не отключая его от автомобиля.

5. Полноценный блок питания с широкими пределами регулирования для решения повседневных задач.

6. Отлично вписывается в интерьер квартиры :)

Недостаток – время полного заряда аккумулятора большой емкости вследствии уменьшения тока заряда по экспоненте может оказаться несколько больше ожидаемого. Это компенсируется невозможностью довести аккумулятор до «кипения», если бы заряжать его постоянным стабильным током.

Комментарии (97) на “Автомобильное зарядное устройство + лабораторный блок питания из компьютерного БП АТХ”

  • Владимир:

    Дополняю. Поставил в нагрузку 55 Ватт автолампу. Ток начал регулироваться. Максимальные показатели 3,4 А и 5,5 В. И все. Напряжение поставить больше не выходит. Так и должно быть?

Оставить комментарий

*