Меню

Ограничение по току в atx

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Блок питания 0-30 В из компьютерного БП ATX

Разрешите представить на суд читателей сайта 2Схемы универсальный источник питания для радиомастерской, изготовленный из блока питания ATX с контроллером TL494. БП был создан быстро из того, что было под рукой. Здесь не нужно проектировать плату, вся переделка укладывается на той что в блоке питания.

Блок питания 0-30 В из компьютерного БП ATX

Начал работу с удаления всех ненужных компонентов, то есть выпаивания диодов, дросселей и конденсаторов на вторичной стороне и всех элементов, связанных с обвязкой контроллера 1, 2, 3, 4, 15, 16, а затем собрал все в соответствии с доработанной схемой.

Схема переделки БП ATX в регулируемый

Представленная схема является модификацией примерной схемы блока питания ATX, поэтому она может немного отличаться, когда речь идет о части, содержащей резервный преобразователь, используемые ключи или значения некоторых элементов, поэтому обозначил элементы на схеме, поместив «xx» рядом с теми, которые должны быть изменены или добавлены.

Блок питания 0-30 В из компьютерного БП ATX

Блок питания оснащен двумя линейными потенциометрами по 10 кОм, один для регулирования напряжения, другой для ограничения тока. Ток измеряется между центральным отводом трансформатора и землей с помощью измерительного резистора 5 мОм / 2 Вт. Напряжение на измерительном резисторе отрицательно по отношению к массе, поэтому оно поступает на TL494, операционный усилитель LM358 используется только для усиления сигнала от потенциометра регулировки тока. Добавленный 36 кОм резистор на ножке 6 используется только для поднятия частоты инвертора с 30 кГц до примерно 45 кГц — без него блок питания также будет работать.

Блок питания 0-30 В из компьютерного БП ATX

В первый раз оставил главный трансформатор без изменений, включил источник питания и когда все заработало, перенастроил соединения вторичной обмотки. Эта операция не является необходимой, но тогда максимальное выходное напряжение можно безопасно поднять примерно до 24 В. У трансформатора было 4 вторичных обмотки на каждой стороне 3 витка, соединенных параллельно, и одна 4 витка обмотка, добавленная последовательно. Обмотки были разделены и соединены как на схеме.

Дроссель использовался как есть, вначале удалил из него все ненужные обмотки и оставил только то, что было по линии 12 В. Сердечником дросселя является T106-26, при 30 витках он должен иметь около 83 мкГн и ток насыщения 8,6.

Резервный преобразователь должен оставаться неизменным и содержать все элементы, необходимые для его правильной работы, поэтому его не следует изменять, тут схема составлена в упрощенном виде, лишь обозначено место, откуда должно быть взято питание контроллера и вентилятора. Блок питания был оснащен обычным цифровым модулем вольтметра. Блок работает стабильно, вполне устойчив к коротким замыканиям на выходных клеммах.

Источник питания типа AT также может быть преобразован, должен быть заменен только трансформатор или должны быть добавлены два диода FR107 для питания контроллера отводом 6 витков (3 + 3).

Выполнив выпрямитель из блока питания ATX и убрав режим Standby, преобразовал его в AT, и он также заработал без проблем. Регулирование тока также, даже с закороченными выходными проводами, увеличивает напряжение питания контроллера до примерно 26-29 В.

Источник питания AT от ATX, за исключением резервного преобразователя, отличается только способом подачи питания на контроллер (источник питания берется из выходного выпрямителя перед дросселем) и дополнительными резисторами 330k возбуждения между коллектором и базой главных транзисторов.

Каждый блок питания ATX может быть безопасно адаптирован к напряжению 24 В, не трогая на главный трансформатор. Единственное что нужно сделать, это удалить ненужные линии (в частности, 3,3 В) и подпаять конденсаторы на соответственно более высокое напряжение. Также полезно увеличить частоту инвертора примерно до 40-50 кГц, тогда уменьшается риск насыщения сердечника.

Второй вариант доработки БП

Также добавлю другую проверенную схему.

Блок питания 0-30 В из компьютерного БП ATX

Недостатком этого решения является использование двух дополнительных диодов и удвоение потерь выпрямителя. После замены резистора вывода 1 TL494 с 24 кОм на 36 кОм, можете снимать примерно до 40 В на выходе.

Блок питания 0-30 В из компьютерного БП ATX

Ещё приведу фотографии импульсного трансформатора и что с ним делать:

Блок питания 0-30 В из компьютерного БП ATX

Согласно модификации это должно быть так:

Блок питания 0-30 В из компьютерного БП ATX

Ш-образные ферриты тут EI33, конечно и с EI28 будет работать, но более 5 A из них не вытянуть.

Блок питания 0-30 В из компьютерного БП ATX

Что касается родной защиты источников питания AT / ATX, к сожалению большинство из них не имеют защиты от перегрузки по току, единственными средствами защиты являются перенапряжение и пониженное напряжение, а также превышение максимальной мощности, а как мы знаем мощность является произведением тока и напряжения, поэтому если источник питания имеет ограничение 300 Вт и максимум в линии 12 В 10 А, в таком БП до срабатывания защиты, ограничивающей максимальную мощность, произойдёт попытка выдать 25 А, а это приведет к насыщению дросселя и взрыву транзисторов.

Блок питания 0-30 В из компьютерного БП ATX

Здесь же источник питания переключается в режим регулирования тока при коротком замыкании выхода, и не имеет значения, происходит ли короткое замыкание при низком или максимальном напряжении. Сделан тест — ток транзисторов ограничен коэффициентом трансформации 4 и сглажен на дросселе. Ток мгновенного срабатывания первичной обмотки не должен превышать 2 А, токовый вывод зависит от резистора, поэтому для 100 Ом это будет 1,6 А, для 47 Ом 3,4 А, в любом случае максимальный мгновенный ток силовых транзисторов не должен превышать 6 А.

О переделке такого БП ATX в зарядное можете почитать по ссылке, а нерегулируемый вариант подобного блока питания есть тут.

Источник

Лабораторный блок питания с ампер-вольтметром на базе компьютерного БП (0-30В, 11А max)

Содержание / Contents

  • 1 Этапы переделки
  • 2 Конструкция и детали
  • 3 Замеченные особенности недостатки
  • 4 Файлы
  • 5 Использованы материалы из следующих публикаций

↑ Этапы переделки


2. С платы блока AT выпаяны детали самозапуска первичной цепи и цепи регулировки выходного напряжения. Также были удалены все вторичные выпрямители.

Выходной выпрямитель переделан по мостовой схеме. Использованы три диодных сборки MBR20100CT. Дроссель перемотан — диаметр кольца 27 мм, 50 витков в 2 провода ПЭЛ 1 мм. В качестве нелинейной нагрузки применена лампа накаливания 26V 0,12A. С ней напряжение и ток хорошо регулируются от нуля.
Для обеспечения устойчивой работы микросхемы изменены цепи коррекции. Для грубой и точной регулировок напряжения и тока применено особое подключение потенциометров. Такое подключение позволяет плавно изменять напряжение и ток в любом месте при любом положении потенциометра грубой регулировки.

Особого внимания требует шунт, провода для регулировки и измерения должны подключатся непосредственно к его выводам, так как напряжение, снимаемое с него невелико. На схеме эти подключения показаны фиолетовыми стрелками. Измеряемое напряжение для цепи регулирования снимается с делителя с коррекцией для устранения самовозбуждения в цепях управления.
Верхний предел установки напряжения подбираются резисторами R38, R39 и R40. Верхний предел установки тока подбирается резистором R13.


3. Для измерения тока и напряжения применен вольтметр-амперметр


4. Программа для микроконтроллера написана на СИ (mikroC PRO for PIC)и снабжена комментариями.

↑ Конструкция и детали

Конструктивно все элементы размещены в корпусе блока AT. Плата зарядного устройства закреплена на радиаторе с силовыми транзисторами. Сетевые разъемы убраны и на их месте установлен выключатель и выходные зажимы. Сбоку на крышке блока находятся резисторы установки напряжения и тока и индикатор вольтметра-амперметра. Закреплены они на фальшпанели с внутренней стороны крышки.

Чертежи выполнены в программе Frontplatten-Designer 1.0. Междукаскадный трансформатор блока AT не переделывается. Выходной трансформатор блока AT тоже не переделывается, просто средний отвод, выходящий из катушки, отпаивается от платы и изолируется. Выпрямительные диоды заменены на новые, указанные в схеме.
Шунт взят от неисправного тестера и закреплен на изоляционных стойках на радиаторе с диодами. Плата для вольтметра-амперметра использована от «Суперпростого амперметра и вольтметра на супердоступных деталях (автовыбор диапазона)» от Eddy71 с последующей доработкой (перерезаны дорожки, согласно схемы).

↑ Замеченные особенности недостатки

В качестве базового блока использован блок AT 200 W. К сожалению, он имеет довольно маленький радиатор для силовых транзисторов. При этом вентилятор подключен к напряжению 8 Вольт (для уменьшения создаваемого шума), поэтому токи больше 6 – 7 Ампер , снимать можно только кратковременно, во избежание перегрева транзисторов.

↑ Файлы

Файлы схем, плат, чертежей и исходники и прошивка
▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

↑ Использованы материалы из следующих публикаций

Иван Внуковский, г. Днепропетровск

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке. Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

Источник

Ограничение по току в atx

Основа современного бизнеса — получение больших прибылей при сравнительно низких вложениях. Хотя этот путь и губителен для собственных отечественных разработок и промышленности, но бизнес есть бизнес. Тут либо вводи меры по предотвращению проникновения дешевых запцацак, либо делать на этом деньги. К примеру, если необходим дешевый блок питания, то не нужно изобретать и конструировать, убивая деньги, — просто нужно посмотреть на рынок распространенного китайского барахла и попытаться на его основе построить то, что необходимо. Рынок, как никогда, завален старыми и новыми компьютерными блока питания различной мощности. В этом блоке питания есть все что нужно — различные напряжения (+12 В, +5 В, +3,3 В, -12 В, -5 В), защиты этих напряжений от перенапряжения и от превышения тока. При этом компьютерные блоки питания типа ATX или TX имеют малый вес и небольшой размер. Конечно, блоки питания импульсные, но высокочастотных помех практически нет. При этом можно идти штатным проверенным способом и ставить обычный трансформатор с несколькими отводами и кучей диодных мостов, а регулирование осуществлять переменным резистором большой мощности. С точки зрения надежности трансформаторные блоки намного надежнее импульсных, ведь в импульсном блоки питания в несколько десятков раз больше деталей, чем в трансформаторном блоке питания типа СССР и если каждый элемент по надежности несколько меньше единицы, то общая надежность является произведением всех элементов и как результат — импульсные блоки питания по надежности намного меньше трансформаторных в несколько десятков раз. Кажется, что если так, то нечего городить огород и следует отказаться от импульсных блоков питания. Но тут более важным фактором, чем надежность, в нашей действительности является гибкость производства, а импульсные блоки достаточно просто могут трансформироваться и перестраиваться под совершенно любую технику в зависимости от требований производства. Вторым фактором является торговля запцацками. При достаточном уровне конкуренции производитель стремится отдать товар по себестоимости, при этом достаточно точно рассчитать время гарантии с тем, чтобы оборудование выходило из строя на следующей неделе, после окончания гарантии и клиент покупал бы запчасти по завышенным ценам. Порой доходит до того, что легче купить новую технику, чем чинить у производителя его бэушку.

Читайте также:  Двухфазный переменный ток обозначение

Для нас вполне нормально вместо сгоревшего блока питания вкрутить транс или подпереть красную кнопку пуска газа в духовках «Дефект» столовой ложкой, а не покупать новую часть. Наш менталитет четко просекают китайцы и стремятся делать свои товары неремонтопригодными, но мы как на войне, умудряемся ремонтировать и усовершенствовать их ненадежную технику, а если уже все — «труба», то хоть какую-нить запцацку снять и вкидануть в другое оборудование.

Мне стал нужен блок питания для проверки электронных компонентов с регулируемым напряжением до 30 В. Был трансформатор, но регулировать через резак — несерьезно, да и вольтаж будет плавать на разных токах, а вот был старенький блоки питания ATX от компа. Зародилась идея приспособить комповский блок под регулируемый источник питания. Прогуглив тему, нашел несколько переделок, но все они предлагали радикально выкинуть всю защиту и фильтры, а мы бы хотелось сохранить весь блок на случай, если придется использовать его по прямому назначению. Поэтому я начал эксперименты. Цель — не вырезая начинку создать регулируемый блок питания с пределами изменения напряжений от 0 до 30 В.

Часть 1. Так себе.

Блок для опытов попался достаточно старый, слабый, но напичканный множеством фильтров. Блок был в пыли и поэтому перед запуском я его вскрыл и почистил. Вид деталей подозрений не вызвал. Раз все устраивает — можно делать пробный пуск и измерить все напряжения.

+3,3 В — оранжевый

плата компьютерного блока питания

По входу блока стоит предохранитель, а рядом напечатан тип блока LC16161D.

предохранитель по входу и название блока питания LC16161D

Блок типа ATX имеет разъем для подсоединения его к материнской плате. Простое включение блока в розетку не включает сам блок. Материнская плата замыкает два контакта на разъеме. Если их замкнуть — блок включится и вентилятор — индикатор включения — начнет вращение. Цвет проводов, которые нужно замыкать для включения, указан на крышке блока, но обычно это «черный» и «зеленый». Нужно вставить перемычку и включить блок в розетку. Если убрать перемычку блок отключится.

Блок TX включается от кнопки, которая находится на кабеле, выходящем из блока питания.

перемычка для запуска блока питания типа ATX

Понятно, что блок рабочий и прежде чем начать переделку, нужно выпаять предохранитель, стоящий по входу, и впаять вместо него патрон с лампочкой накаливания. Чем больше по мощности лампа, тем меньше напряжения будет на ней падать при тестах. Лампа защитит блок питания от всех перегрузок и пробоев и не даст выгореть элементам. При этом импульсные блоки практически нечувствительны к падению напряжения в питающей сети, т.е. лампа хоть и будет светить и кушать киловатты, но по выходным напряжениям просадки от лампы не будет. Лампа у меня на 220 В, 300 Вт.

замена предохранителя

Блоки строятся на управляющей микросхеме TL494 или ее аналог KA7500 . Также часто используется компоратор на микрухе LM339 . Вся обвязка приходит сюда и именно здесь придется делать основные изменения.

управляющая микросхема KA7500 и компаратор LM393

Напряжения в норме, блок рабочий. Приступаем к усовершенствованию блока по регулированию напряжений. Блок импульсный и регулирование происходит за счет регулирования длительности открытия входных транзисторов. Кстати, всегда думал, что колебают всю нагрузку полевые транзисторы, но, на самом деле, используются также быстрые переключающиеся биполярные транзисторы типа 13007, которые устанавливаются и в энергосберегающих лампах. В схеме блока питания нужно найти резистор между 1 ножкой микросхемы TL494 и шиной питания +12 В. В данной схеме он обозначается R34 = 39,2 кОм. Рядом установлен резистор R33 = 9 кОм, который связывает шину +5 В и 1 ножку микросхемы TL494. Замена резистора R33 ни к чему не приводит. Нужно заменить резистор R34 переменным резистором 40 кОм, можно и больше, но поднять напряжение по шине +12 В получилось только до уровня +15 В, поэтому в завышении сопротивления резистора смысла нет. Здесь идея в том, что чем выше сопротивление, тем выше выходное напряжение. При этом до бесконечности напряжение не увеличится. Напряжение между шинами +12 В и -12 В изменяется от 5 до 28 В.

выпаивание резистора между шиной +12 В и первой ножкой микросхемы KA7500

Найти нужный резистор можно проследив дорожки по плате, либо при помощи омметра.

определение резисторов между положительными шинами и ножкой микросхемы

Выставляем переменный впаянный резистор в минимальное сопротивление и обязательно подключаем вольтметр. Без вольтметра тяжело определить изменение напряжений. Включаем блок и на вольтметре на шине +12 В установилось напряжение 2,5 В, при этом вентилятор не крутится, а блок питания немного поет на высокой частоте, что указывает на работу ШИМ на сравнительно небольшой частоте. Крутим переменный резистор и видим увеличение напряжений на всех шинах. Вентилятор включается примерно на +5 В.

Замеряем все напряжения по шинам

измерение напряжений

Напряжения в норме, кроме шины -12 В, и их можно варьировать для получения необходимых напряжений. Но компьютерные блоки сделаны так, чтобы по отрицательным шинам защита срабатывала при достаточно малых токах. Можно взять автомобильную лампочку на 12 В и включить между шиной +12 В и шиной 0. При увеличении напряжения лампочка станет светить все более ярко. При этом постепенно будет светить и лампа, включенная вместо предохранителя. Если включить лампочку между шиной -12 В и шиной 0, то при малом напряжении лампочка светится, но при определенном токе потребления блок уйдет в защиту. Защита срабатывает на ток порядка 0,3 А. Защита по току выполнена на резистивно-диодном делителе, чтобы его обмануть, нужно отключить диод между шиной -5 В и средней точкой, которая соединяет шину -12 В с резистором. Можно обрубить два стабилитрона ZD1 и ZD2. Стабилитроны применены как защита от перенапряжения и конкретно здесь через стабилитрон идет и защита по току. По крайней мере с шины — 12 В удалось взять 8 А, но это чревато пробоем микрухи обратной связи. В итоге путь тупиковый обрубать стабилитроны, а вот диод — вполне.

выпаивание стабилитронов защиты ZD1 и ZD2

Для проверки блока нужно использовать переменную нагрузку. Наиболее рациональным является кусок спирали от нагревателя. Витой нихром — вот все что нужно. Для проверки включается нихром через амперметр между выводом -12 В и +12 В, регулируем напряжение и измеряем ток.

Выходные диоды для отрицательных напряжений значительно меньше тех, которые используются для положительных напряжений. Нагрузка соответственно также ниже. Более того, если в положительных каналах стоят сборки из диодов Шоттки, то в отрицательных каналах впаян обычный диод. Порой его припаивают к пластинке — типа радиатор, но это бред и для того чтобы поднять ток в канале -12 В нужно заменить диод, на что-то более сильное, но при этом сборки из диодов Шоттки у меня сгорели, а вот обычные диоды вполне неплохо тянули. Следует отметить, что защита не срабатывает, если нагрузка включена между разными шинами без шины 0.

Последним тестом является защита от короткого замыкания. Коротим накоротко блок. Защита работает только на шине +12 В, ведь стабилитроны отключили практически всю защиту. Все остальные шины по короткому не отключают блок. В итоге получен регулируемый блок питания из компьютерного блока с заменой одного элемента. Быстро, а значит экономически целесообразно. При тестах выяснилось, что если быстро крутить ручку регулировки, то ШИМ не успевает перестроиться и выбивает микруху обратной связи KA5H0165R , а лампа загорается очень ярко, затем входные силовые биполюсные транзисторы KSE13007 могут вылететь, если вместо лампы предохранитель.

Читайте также:  Понятие полного электрического тока

проверка работы блока питания под нагрузкой

Короче, все работает, но достаточно ненадежно. В таком виде нужно использовать только регулируемую шину +12 В и неинтересно медленно крутить ШИМ.

Часть 2. Более-менее.

Вторым экспериментом стал древнющий блок питания TX. Такой блок имеет кнопочку для включения — достаточно удобно. Переделку начинаем с перепайки резистора между +12 В и первой ножкой микрухи TL494. Резистор от +12 В и 1 ножкой ставится переменный на 40 кОм. Это дает возможность получить регулируемые напряжения. Все защиты остаются.

Далее нужно изменить пределы тока для отрицательных шин. Я впаял резистор, который выпаял из шины +12 В, и впаял в разрыв шины 0 и 11 ножкой микрухи TL339. Там уже стоял один резистор. Предел токов изменился, но при подключении нагрузки напряжение на шине -12 В сильно падало при увеличении тока. Скорее всего просаживает всю линию отрицательного напряжения. Потом я заменил перепаянный резак на переменный резистор — для подбора срабатываний по току. Но получилось неважно — нечетко срабатывает. Надо будет попробовать убрать этот дополнительный резистор.

дополнительный резистор в цепи компоратора

Измерение параметров дало следующие результаты:

Источник



Регулируемый источник питания из БП ATX на TL494. Часть 1 — железо

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

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

image

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ШИМ контроллер TL494.
Давайте разберемся как же устроен ШИМ контроллер TL494.
Будет лучше, если вы скачаете даташит www.ti.com/lit/ds/symlink/tl494.pdf, но в принципе я постараюсь вынести из него самое главное с помощью картинок. Для более глубокого понимания всех тонкостей советую вот этот документ: www.ti.com/lit/an/slva001e/slva001e.pdf

image

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Читайте также:  Сопротивление спирали электрической плитки 40 ом сила тока в ней 2 а под каким

Обратная связь.
Хорошо, теперь как на всём этом построить источник питания? Очень просто! Нужно охватить БП отрицательной обратной связью. Разница между желаемым(заданным) и имеющимся напряжением называется ошибка. Если в каждый момент времени воздействовать на коэффициент заполнения так, чтобы исправить ошибку и привести ее к 0 — получим стабилизацию выходного напряжения(или тока). Обратная связь является отрицательной до тех пор, пока реагирует на ошибку управляющим воздействием с противоположным знаком. Если обратная связь будет положительной — пиши пропало! В таком случае обратная связь будет увеличивать ошибку вместо того чтобы уменьшать ее.

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

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

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

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

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

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

Тема эта очень не простая, под ней лежит куча математики, исследований и прочих трудов… Я лишь стараюсь в доступном виде изложить саму суть вопроса. Могу порекомендовать к прочтению вот эту статью, где хоть и не так на пальцах, но тоже в доступном виде освещен этот вопрос и даны ссылки на литературу: bsvi.ru/kompensaciya-obratnoj-svyazi-v-impulsnyx-istochnikax-pitaniya-chast-1

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

image

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

image

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

image

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

Отмечу лишь, что цепочки C4R10 и C7R8 это и есть компенсация обратной связи о которой я говорил выше. Честно говоря, в ее настройке очень помогла прекрасная статьи эмбэддера под ником BSVi. bsvi.ru/kompensaciya-obratnoj-svyazi-prakticheskij-podxod Этот подход реально работает и потратив денек-другой мне удалось добиться стабильной работы БП описанным в статье методом. Сейчас, конечно, я бы справился часа за два наверно, но тогда опыта не было и по неосторожности я взорвал не мало транзисторов.

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

По этой схеме лазерным утюгом была изготовлена плата:

image

Она встраивается в БП вот таким образом:

image

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

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

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

image

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

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

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

image

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

Не переключайте канал, должно быть интересно.

Кстати, обещанная в начале книга:
Куличков А.В. «Импульсные блоки питания для IBM PC»
radioportal-pro.ru/_ld/0/15_caf3ebe8f7eaeee.djvu

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

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

Источник