У компьютерного блока питания, наряду с такими преимуществами, как малые габариты и вес при мощности от 250 Вт и выше, есть один существенный недостаток – отключение при перегрузке по току. Этот недостаток не позволяет использовать БП в качестве зарядного устройства для автомобильного аккумулятора, поскольку у последнего в начальный момент времени зарядный ток достигает нескольких десятков ампер. Добавление в БП схемы ограничения тока позволит избежать его отключения даже при коротком замыкании в цепях нагрузки.
Зарядка автомобильного аккумулятора происходит при постоянном напряжении. При этом методе в течение всего времени заряда напряжение зарядного устройства остается постоянным. Заряд аккумулятора таким методом в ряде случаев предпочтителен, так как он обеспечивает более быстрое доведение батареи до состояния, позволяющего обеспечить запуск двигателя. Сообщаемая на первоначальном этапе заряда энергия тратится преимущественно на основной зарядный процесс, то есть на восстановление активной массы электродов. Сила зарядного тока в первоначальный момент может достигать 1,5С, однако для исправных, но разряженных автомобильных аккумуляторов такие токи не принесут вредных последствий, а наиболее распространённые БП ATX мощностью 300 – 350 Вт не в состоянии без последствий для себя отдать ток более 16 – 20А.
Максимальный (начальный) зарядный ток зависит от модели используемого БП, минимальный ток ограничения 0,5А. Напряжение холостого хода регулируется и для заряда стартёрного аккумулятора может составлять 14…14,5В.
Вначале необходимо доработать сам БП, отключив у него защиты по превышению напряжений +3,3В, +5В, +12В, -12В, а также удалив неиспользуемые для зарядного устройства компоненты.
Для изготовления ЗУ выбран БП модели FSP ATX-300PAF. Схема вторичных цепей БП рисовалась по плате, и несмотря на тщательную проверку, незначительные ошибки, к сожалению, не исключены.
На рисунке ниже представлена схема уже доработанного БП.
Для удобной работы с платой БП последняя извлекается из корпуса, из неё выпаиваются все провода цепей питания +3,3V, +5V, +12V, -12V, GND, +5Vsb, провод обратной связи +3,3Vs, сигнальная цепь PG, цепь включения БП PSON, питание вентилятора +12V. Вместо дросселя пассивной коррекции коэффициента мощности (установлен на крышке БП) временно впаивается перемычка, провода питания
220V, идущие от выключателя на задней стенке БП, выпаиваются из платы, напряжение будет подаваться сетевым шнуром.
В первую очередь деактивируем цепь PSON для включения БП сразу после подачи сетевого напряжения. Для этого вместо элементов R49, C28 устанавливаем перемычки. Убираем все элементы ключа, подающего питание на трансформатор гальванической развязки Т2, управляющего силовыми транзисторами Q1, Q2 (на схеме не показаны), а именно R41, R51, R58, R60, Q6, Q7, D18. На плате БП контактные площадки коллектора и эмиттера транзистора Q6 соединяются перемычкой.
После этого подаем
220V на БП, убеждаемся в его включении и нормальной работе.
Далее отключаем контроль цепи питания -12V. Удаляем с платы элементы R22, R23, C50, D12. Диод D12 находится под дросселем групповой стабилизации L1, и его извлечение без демонтажа последнего (о переделке дросселя будет написано ниже) невозможно, но это и не обязательно.
Удаляем элементы R69, R70, C27 сигнальной цепи PG.
Включаем БП, убеждаемся в его работоспособности.
Затем отключается защита по превышению напряжения +5В. Для этого выв.14 FSP3528 (контактная площадка R69) соединяется перемычкой с цепью +5Vsb.
На печатной плате вырезается проводник, соединяющий выв.14 с цепью +5V (элементы L2, C18, R20).
Выпаиваются элементы L2, C17, C18, R20.
Включаем БП, убеждаемся в его работоспособности.
Отключаем защиту по превышению напряжения +3,3В. Для этого на печатной плате вырезаем проводник, соединяющий выв.13 FSP3528 с цепью +3,3V (R29, R33, C24, L5).
Удаляем с платы БП элементы выпрямителя и магнитного стабилизатора L9, L6, L5, BD2, D15, D25, U5, Q5, R27, R31, R28, R29, R33, VR2, C22, C25, C23, C24, а также элементы цепи ООС R35, R77, C26. После этого добавляем делитель из резисторов 910 Ом и 1,8 кОм, формирующий из источника +5Vsb напряжение 3,3В. Средняя точка делителя подключается к выв.13 FSP3528, вывод резистора 931 Ом (подойдёт резистор 910 Ом) — к цепи +5Vsb, а вывод резистора 1,8 кОм — к «земле» (выв. 17 FSP3528).
Далее, не проверяя работоспособность БП, отключаем защиту по цепи +12В. Отпаиваем чип-резистор R12. В контактной площадке R12, соединённой с выв. 15 FSP3528 сверлится отверстие 0,8 мм. Вместо резистора R12 добавляется сопротивление, состоящее из последовательно соединённых резисторов номинала 100 Ом и 1,8 кОм. Один вывод сопротивления подсоединяется к цепи +5Vsb, другой – к цепи R67, выв. 15 FSP3528.
Отпаиваем элементы цепи ООС +5V R36, C47.
После удаления ООС по цепям +3,3V и +5V необходимо пересчитать номинал резистора ООС цепи +12V R34. Опорное напряжение усилителя ошибки FSP3528 равно 1,25В, при среднем положении регулятора переменного резистора VR1 его сопротивление составляет 250 Ом. При напряжении на выходе БП в +14В, получаем: R34 = (Uвых/Uоп — 1)*(VR1+R40) = 17,85 кОм, где Uвых, В – выходное напряжение БП, Uоп, В – опорное напряжение усилителя ошибки FSP3528 (1,25В), VR1 – сопротивление подстроечного резистора, Ом, R40 – сопротивление резистора, Ом. Номинал R34 округляем до 18 кОм. Устанавливаем на плату.
Конденсатор C13 3300х16В желательно заменить на конденсатор 3300х25В и такой же добавить на место, освободившееся от C24, чтобы разделить между ними токи пульсаций. Плюсовой вывод С24 через дроссель (или перемычку) соединяется с цепью +12V1, напряжение +14В снимается с контактных площадок +3,3V.
Включаем БП, подстройкой VR1 устанавливаем на выходе напряжение +14В.
После всех внесённых в БП изменений переходим к ограничителю. Схема ограничителя тока представлена ниже.
Резисторы R1, R2, R4…R6, соединённые параллельно, образуют токоизмерительный шунт сопротивлением 0,01 Ом. Ток, протекающий в нагрузке, вызывает на нём падение напряжения, которое ОУ DA1.1 сравнивает с опорным напряжением, установленным подстроечным резистором R8. В качестве источника опорного напряжения используется стабилизатор DA2 с выходным напряжением 1,25В. Резистор R10 ограничивает максимальное напряжение, подаваемое на усилитель ошибки до уровня 150 мВ, а значит, максимальный ток нагрузки до 15А. Ток ограничения можно рассчитать по формуле I = Ur/0,01, где Ur, В – напряжение на движке R8, 0,01 Ом – сопротивление шунта. Схема ограничения тока работает следующим образом.
Выход усилителя ошибки DA1.1 подсоединён с выводом резистора R40 на плате БП. До тех пор, пока допустимый ток нагрузки меньше установленного резистором R8, напряжение на выходе ОУ DA1.1 равно нулю. БП работает в штатном режиме, и его выходное напряжение определяется выражением: Uвых=((R34/(VR1+R40))+1)*Uоп. Однако, по мере того, как напряжение на измерительном шунте из-за роста тока нагрузки увеличивается, напряжение на выв.3 DA1.1 стремится к напряжению на выв.2, что приводит к росту напряжения на выходе ОУ. Выходное напряжение БП начинает определяться уже другим выражением: Uвых=((R34/(VR1+R40))+1)*(Uоп-Uош), где Uош, В – напряжение на выходе усилителя ошибки DA1.1. Иными словами, выходное напряжение БП начинает уменьшаться до тех пор, пока ток, протекающий в нагрузке, не станет чуть меньше установленного тока ограничения. Состояние равновесия (ограничения тока) можно записать так: Uш/Rш=(((R34/(VR1+R40))+1)*(Uоп-Uош))/Rн, где Rш, Ом – сопротивление шунта, Uш, В – напряжение падения на шунте, Rн, Ом – сопротивление нагрузки.
ОУ DA1.2 используется в качестве компаратора, сигнализируя с помощью светодиода HL1 о включении режима ограничения тока.
Печатная плата (под "утюг") и схема расположения элементов ограничителя тока изображена на рисунках ниже.
Несколько слов о деталях и их замене. Электролитические конденсаторы, установленные на плате БП FSP, имеет смысл заменить на новые. В первую очередь в цепях выпрямителя дежурного источника питания +5Vsb, это С41 2200х10V и С45 1000х10V. Не забываем о форсирующих конденсаторах в базовых цепях силовых транзисторов Q1 и Q2 – 2,2х50V (на схеме не показаны). Если есть возможность, конденсаторы выпрямителя 220В (560х200V) лучше заменить на новые, большей ёмкости. Конденсаторы выходного выпрямителя 3300х25V должны быть обязательно с низким ЭПС – серии WL или WG, в противном случае они быстро выйдут из строя. В крайнем случае, можно поставить б/у конденсаторы этих серий на меньшее напряжение – 16В.
Прецизионный ОУ DA1 AD823AN «rail-to-rail» как нельзя кстати подходит к данной схеме. Однако его можно заменить на порядок более дешёвым ОУ LM358N. При этом стабильность выходного напряжения БП будет несколько хуже, также придется подбирать номинал резистора R34 в меньшую сторону, поскольку у этого ОУ минимальное выходное напряжение вместо нуля (0,04В, если быть точным) 0,65В.
Максимальная суммарная рассеиваемая мощность токоизмерительных резисторов R1, R2, R4…R6 KNP-100 равна 10 Вт. На практике лучше ограничиться 5 ваттами – даже при 50% от максимальной мощности их нагрев превышает 100 градусов.
Диодные сборки BD4, BD5 U20C20, если их действительно стоит 2шт., менять на что-либо более мощное не имеет смысла, обещанные производителем БП 16А они держат хорошо. Но бывает так, что в действительности установлена только одна, и в этом случае необходимо либо ограничиться максимальным током в 7А, либо добавить вторую сборку.
Испытание БП током 14А показало, что уже спустя 3 минуты температура обмотки дросселя L1 превышает 100 градусов. Долговременная безотказная работа в таком режиме вызывает серьёзное сомнение. Поэтому, если подразумевается нагружать БП током свыше 6-7А, дроссель лучше переделать.
В заводском исполнении обмотка дросселя +12В намотана одножильным проводом диаметром 1,3 мм. Частота ШИМ – 42 кГц, при ней глубина проникновения тока в медь составляет около 0,33 мм. Из-за скин-эффекта на данной частоте эффективное сечение провода составляет уже не 1,32 мм 2 , а только 1 мм 2 , что недостаточно для тока в 16А. Иными словами, простое увеличение диаметра провода для получения большего сечения, а следовательно, уменьшения плотности тока в проводнике неэффективно для этого диапазона частот. К примеру, для провода диаметром 2мм эффективное сечение на частоте 40 кГц только 1,73мм 2 , а не 3,14 мм 2 , как ожидалось. Для эффективного использования меди намотаем обмотку дросселя литцендратом. Литцендрат изготовим из 11 отрезков эмалированного провода длиной 1,2м и диаметром 0,5мм. Диаметр провода может быть и другим, главное, чтобы он был меньше удвоенной глубины проникновения тока в медь – в этом случае сечение провода будет использовано на 100%. Провода складываются в «пучок» и скручиваются с помощью дрели или шуруповёрта, после чего жгут продевается в термоусадочную трубку диаметром 2мм и обжимается с помощью газовой горелки.
Готовый провод целиком наматывается на кольцо, и изготовленный дроссель устанавливается на плату. Наматывать обмотку -12В смысла нет, индикатору HL1 «Питание» какой-либо стабилизации не требуется.
Остаётся установить плату ограничителя тока в корпус БП. Проще всего её прикрутить к торцу радиатора.
Подключим цепь «ООС» регулятора тока к резистору R40 на плате БП. Для этого вырежем часть дорожки на печатной плате БП, которая соединяет вывод резистора R40 с «корпусом», а рядом с контактной площадкой R40 просверлим отверстие 0,8мм, куда будет вставлен провод от регулятора.
Подключим питание регулятора тока +5В, для чего припаяем соответствующий провод к цепи +5Vsb на плате БП.
«Корпус» ограничителя тока присоединяется к контактным площадкам «GND» на плате БП, цепь -14В ограничителя и +14В платы БП выходят на внешние «крокодилы» для подключения к аккумулятору.
Индикаторы HL1 «Питание» и HL2 «Ограничение» закрепляются на месте заглушки, установленной вместо переключателя «110V-230V».
Скорее всего, в вашей розетке отсутствует контакт защитного заземления. Вернее, контакт, может быть, и есть, а вот провод к нему не походит. Про гараж и говорить нечего… Настоятельно рекомендуется хотя бы в гараже (подвале, сарае) организовать защитное заземление. Не стоит игнорировать технику безопасности. Это иногда заканчивается крайне плачевно. Тем, у кого розетка 220В не имеет контакта заземления, оборудуйте БП внешней винтовой клеммой для его подключения.
После всех доработок включаем БП и корректируем подстроечным резистором VR1 требуемое выходное напряжение, а резистором R8 на плате ограничителя тока – максимальный ток в нагрузке.
Подключаем к цепям -14В, +14В зарядного устройства на плате БП вентилятор 12В. Для нормальной работы вентилятора в разрыв провода +12В, либо -12В, включаются два последовательно соединённых диода, которые уменьшат напряжение питания вентилятора на 1,5В.
Подключаем дроссель пассивной коррекции коэффициента мощности, питание 220В от выключателя, прикручиваем плату в корпус. Фиксируем нейлоновой стяжкой выходной кабель зарядного устройства.
Прикручиваем крышку. Зарядное устройство готово к работе.
В заключение стоит отметить, что ограничитель тока будет работать с БП ATX (или AT) любого производителя, использующего ШИМ-контроллеры TL494, КА7500, КА3511, SG6105 или им подобным. Разница между ними будет заключаться лишь в методах обхода защит.
Ниже вы можете скачать печатную плату ограничителя в формате PDF и DWG (Autocad)
Дата: 29.09.2015 // 0 Комментариев
Наверняка каждому автолюбителю приходилось собирать зарядное устройство для автомобиля своими руками. Существует масса разнообразных подходов, начиная от простых трансформаторных схем, заканчивая импульсными схемами с автоматической регулировкой. Зарядное устройство из блока питания компьютера, как раз занимает золотую середину. Оно получается за копеечную цену, а его параметры отлично справляются с зарядкой автомобильных АКБ. Сегодня мы вам расскажем, как за полчаса можно собрать зарядное устройство из компьютерного блока питания ATX. Поехали!
Зарядное устройство из блока питания компьютера
Для начала необходим рабочий блок питания. Можно брать совсем старый на 200 – 250 Вт, этой мощности хватит с запасом. Учитывая что зарядка должна происходить при напряжении в 13,9 – 14,4 В, то самой главной доделкой в блоке станет поднятие напряжение на линии 12 В до 14,4 В. Подобный метод применялся в статьи: Зарядное устройство из блока питания светодиодных лент.
Внимание! В работающем блоке питания элементы находятся под опасным для жизни напряжением. Не стоит хапаться руками за все подряд.
Первым делом отпаиваем все провода, которые выходили с блока питания. Оставляем только зеленый провод, его необходимо запаять к минусовым контактам. (Площадки, от которых выходили черные провода — это минус.) Это делается для автоматического старта блока при включении в сеть. Также сразу рекомендую припаять провода с клеммами к минусу и шине + 12 В (бывшие желтые провода), для удобства и дальнейшей настройки зарядного.
Следующие манипуляции будут производиться с режимом работы ШИМ — у нас это микросхема TL494 (есть еще куча блоков питания с ее абсолютными аналогами). Ищем первую ножку микросхемы (самая нижняя левая ножка), дальше просматриваем дорожку с обратной стороны платы.
С первым выводом микросхемы соединены три резистора, нам нужен тот, который соединяется с выводами блока +12 В. На фото этот резистор отмечен красным лаком.
Этот резистор необходимо отпаять с платы и измерить его сопротивление. В нашем случае это 38,5 кОм.
Вместо него необходимо впаять переменный резистор, который предварительно настраиваем на такое же сопротивление 38,5 кОм.
Плавно увеличивая сопротивление переменного резистора, добиваемся значения напряжения на выходе в 14,4 В.
Внимание! Для каждого блока питания номинал этого резистора будет разный, т.к. схемы и детали в блоках разные, но алгоритм изменения напряжение один для всех. При поднятии напряжения свыше 15 В, может быть сорвана генерация ШИМ. После этого блок придется перезагружать, предварительно уменьшив сопротивление переменного резистора.
В нашем блоке сразу поднять напряжение до 14 В не получилось, не хватило сопротивление переменного резистора, пришлось последовательно с ним добавить еще один постоянный.
Когда напряжение 14,4 В достигнуто, можно смело выпаять переменный резистор и измерить его сопротивление (оно составило 120,8 кОм).
Поле замера резистора необходимо подобрать постоянный резистор с как можно близким сопротивлением.
Мы его составили из двух 100 кОм и 22 кОм.
На этом этапе можно смело закрывать крышку и пользоваться зарядным устройством. Но если есть желание, можно подключить к этому блоку цифровой вольтамперметр, это даст нам возможность контролировать ход зарядки.
Также можно прикрутить ручку для удобной переноски и вырезать отверстие в крышке под цифровой приборчик.
Финальный тест, убеждаемся, что все правильно собрано и хорошо работает.
Внимание! Данное зарядное устройство сохраняет функцию защиты от короткого замыкания и перегрузки. Но не защищает от переплюсовки! Ни в коем случае не допускается подключать к зарядному устройству аккумулятор неправильной полярностью, зарядное мгновенно выйдет из строя.
При переделке блока питания в зарядное устройство желательно иметь под рукой схему. Что бы упростить жизнь нашим читателями мы сделали небольшую подборку, где размещены схемы компьютерных блоков питания ATX.
Для защиты от переполюсовки существует масса интересных схем. С одной из них можно знакомиться в этой статье.
Понадобилась зарядка для аккумулятора автомобиля. Перебрав несколько вариантов, остановился на переделке блока питания компьютера. Переделывать решил по-простому. Зарядное не будет иметь регулировок, нет у меня такой задачи. В принципе можно все сделать за пару часов.
— блок питания АТХ;
— провода;
— зажимы типа «крокодил»;
— сетевой выключатель;
— фольгированный стеклотекстолит;
— пластик plexiglas;
— радиокомпоненты;
— инструменты.
Переделывать будем блок АТХ. Фирма JNC, модель LC-D300ATX.
Данный блок питания имеет на борту малоизвестную микросхему 2003. По данной микросхеме мало информации. Вроде как это ШИМ контроллер с мультивизором. Будем разбираться по схеме, о схеме далее.
Подключаться к аккумулятору буду при помощи проводов с «крокодилами». У меня уже были распаянные.
В роли сетевого выключателя у меня тумблер ТВ2-1. Выдернул со старого телевизора.
Схема блока питания довольно простая. Блок у нас на 300 Ватт, схема на 250 Ватт. Схема может отличаться номиналами некоторых компонентов.
Нужно удалить все лишние компоненты. Красным отмечено, что нужно выпаять. Желтым отмечен резистор на 13кОм, его заменим на 2.4 кОм. Вместо резистора отмеченного голубым, временно установим переменный резистор на 200 кОм. Переменный резистор, желательно поставить на 100 кОм, но у меня такого не оказалось. Пришлось долго регулировать нужное напряжение.
Главное установить в максимальное сопротивление. Так же имеются зеленые метки, что подключать к ним, расскажу позже.
Выпаиваем лишние компоненты. На схеме все разборчиво. Получается плата вот такая. Временно выпаял силовые диоды. Так же выпаял дроссель групповой стабилизации, его буду перематывать. Коричневой перемычкой замкнуты пятачки от земли и PS-ON, необходимо для запуска.
Нас интересует линия +12 вольт. Ставим на место силовой диод, я взял диод с линии 5 вольт. Диод установил без прокладки. Ножки крепления радиатора не связаны со схемой, что исключает замыкание. Установил дополнительный дроссель, на его месте стояла перемычка. Со старого дросселя групповой стабилизации смотал все обмотки, оставил старую обмотку на 12 вольт. Установил электролитический конденсатор на 1000 мкф, напряжением 35 вольт.
Переменный резистор вынес на проводах за пределы платы.
Теперь нужно изготовить плату — обманку для нашей микросхемы 2003. Обманка состоит из трех стабилизаторов на» 3.3; 5; 12 вольт. Распаял по простой схеме. Два верхних отрезка собраны на TL431, нижний на LM317.
Верхние два отрезка схемы подключаются к нижнему отрезку на 12 В. Платку, сделал по технологии «процарапывания». Делается за минут 30.
На схеме были указаны точки для подключения платы «обманки». Распаиваем согласно со схемой. На схеме отмечено зелеными точками соответственно. Плата «обманка» имеет цвета согласно напряжениям. Получилось что-то подобное.
Переменным резистором устанавливаем на выходе нужное напряжение (забыл сфотографировать). Оставляю стоп кадр. Измеряю, сопротивление резистора получилось около 11.7 кОм. Собираю из двух резисторов на 10 и 1.8 кОм. Напряжение чуть изменилось, но не значительно.
Плату «обманку» прикрутил к радиатору, через втулку и винт М3. Так же на фото слева видно, что я установил обратно нагрузочный резистор R53.
Подключил провода с зажимами «крокодилами». Установил светодиод для индикации включения. Все закрепил термо клеем. Сетевой провод пустил в разрыв через тумблер.
Первоначально не думал ставить пластину на переднюю панель, но прикрутил. Так выглядит приличней. Такое вот гаражное зарядное устройство получилось. Единственное чего нет в данном устройстве, это защиты от КЗ и переполюсовки. Позже возможно добавлю.
Подробная сборка отображена на видео:
