Экспериментируя с блоком питания от ПК, я решил улучшить его. Отличия от оригинальной схемы:
С магнитными компонентами (выходной трансформатор, дроссели …) из БП от ПК, он обеспечивает выходную мощность 250 Вт с КПД до 90%. Блок питания может работать с 20% перегрузкой в течении короткого времени.
Магнитные компоненты из БП ПК
Магнитные компоненты в БП от ПК не сильно отличаются. Как правило, они работают на частоте 25 … 40кГц и имеют мощность 200…240Вт. Для нового блока питания я предпочел трансформаторы большего размера, поскольку они имеют больше места для увеличения обмоток при необходимости.
Выпрямитель и фильтр
Эта часть схемы достаточно проста. К дросселю Dr1(сетевой фильтр) подключен NTC резистор для ограничения пускового тока. Его сопротивление составляет 5 Ом когда он холодный, и когда он нагревается, его сопротивление составляет менее одного ома. Выпрямитель имеет запас по току и охлаждения не требует. Значение конденсаторов С3 и С4 определяется допустимым Ubr пульсаций напряжения, и напряжение полупериода выпрямителя. Для Ubr = 25В и нулевого полупериода, два конденсатора 470мкФ достаточно. Это применимо к максимальной нагрузке при сетевом напряжения Umin = 230В — 15%
Силовые транзисторные ключи
Полевые транзисторы были использованы из-за их быстрого открытия и закрытия. В случае если достаточно времени переключения около 100нс, то небольшого управляющего трансформатора и 2-х резисторов достаточно для приведения в действие полевых транзисторов. К сожалению, нельзя избежать перемотки вторичной обмотки трансформатора, которая необходима для обеспечения надлежащего напряжения на затворе. С каждой из 2 обмоток трансформатора TR4 необходимо убрать 8 витков. Вместо этого на них надо намотать по 16 витков. Соотношение напряжений на обмотках должно быть 16, 26 и 20V. Управляющий сигнал с IC1 достаточен для работы полевых транзисторов. Частота трансформатора поднята с 33кГц до 50 кГц, что позволяет получать от трансформатора больше энергии. Но трансформаторы имеют свой предел по частоте. Эксперименты показали, трансформатор может справиться с увеличением частоты в 1,5 раза без перегрева.
Схема управления
После понижения 230В переменного тока трансформатором Tr1 напряжение с него поступает на ШИМ-контроллер SG3525. Контроллер сравнивает 13.8В выходного напряжения (фактическое значение) с опорным напряжением 5.1В (заданное значение), а также формирует из него импульсы различной длины. Они подаются на два выхода трансформатора TR4. Длительность импульса обратно пропорциональна разнице между заданным и фактическим напряжением. Повышение нагрузки на выходе 13.8V увеличивает ширину импульсов. Частота переключения питания составляет 50 кГц. Транзисторы могут использоваться на более высоких частотах, но для магнитных компонентов это уже предел. Частота генератора определяется компонентами на выводах 5 и 6. R14 определяет время простоя, что необходимо, чтобы избежать одновременного открытия 2-х транзисторов. С 1 дает задержку 20мкс. C13 обеспечивает плавный пуск (софт-старт). Трансформатор Tr4 взят с запасом. Для работы хватит 26 витков первичной обмотки и 16 витков вторичной.
Защита
В БП используется две схемы защиты. Tr2 является датчиком тока и дает напряжение на R16. Если напряжение на 10 выводе не превышает предельного значения установленного P1, микросхема отключается сразу и перезапуск после непродолжительной паузы. Причина этого, как правило, избыточный ток на вторичной обмотке трансформатора, короткое замыкание или перегрузка на выходе. SG3525 выключается при Vo > 15 В. Примечание: Обе схемы защиты являются неэффективными, если P1 настроен неверно.
Выпрямитель
Диодный выпрямитель теряет до 17 Вт при выходном токе 18А. Даже с применение диодов Шоттки, потери будут около 12 Вт, а это очень и очень много. Выходом из этого положения является полу синхронный выпрямитель. Полевые транзисторы с низким Rон имеют падение напряжения 0,3В при токе 18А. Хорошие диоды Шоттки имеют падение около 0,6 В. Но, в некоторой литературе это считают не лучшим решением, потому что ток дросселя DR2 будет течь в обратном направлении через полевые транзисторы. Также могут быть высокие потери при переключении, а это убирает полученные преимущества. Следующая схема лишена этого недостатка. Диод D3 имеет существенно меньшее прямое напряжение мкФ, чем полевой транзистор, и поэтому после него стоит дроссель DR2. В качестве теста, D3 был удален. Полевые транзисторы при этом достаточно сильно грелись. При нагрузке 57% потери составляют около 8,2Вт. Потери ниже 8,2 Вт могут быть достигнуты путем замены диода D3 на транзисторе. Так как управление этим транзистором сложнее, чем VT3 и VT4, я отказался от этого.
Сборка
Блок питания собран на ПП 82 х 122мм. Схема управления и защиты монтируется на небольшой отдельной плате.
Для сборки схемы контроля и защиты используется макетная плата 40х45мм.
Трансформаторы
На рисунке показаны характеристики трансформаторов из БП ПК. Если вы не уверены в соответствии ваших трансформаторов этим требованиям, не используйте их.
Радиаторы
Радиаторы сделаны из алюминиевой пластины толщиной 1 мм. Транзисторы должны быть прикреплены на радиатор через слюду во избежание КЗ.
Список деталей
Резисторы, конденсаторы и полупроводники
Parts No.
Value
R1, 2
120 кОм, 0,5 Вт
R3
100 Ом , 2 Вт
R4, 5, 9
1 кОм
R6
10 Ом, 2 Вт
R7, 10
10 кОм
R8
1,5 кОм + 150 Ом
R11
5,6 кОм
R12, 13, 14
47 Ом
R15, 16
150 Ом
P1
10 кОм потенциометр, 10 оборотов
NTC
Термистор, 5 Ом при 25 °C
C1, 2
0,1 мкФ 250 Впер
C3, 4
470 мкФ 200 В, 22 x 36 мм
C5, 15
2,2 нФ
C6
1 мкФ, 250 Впер
C9, 10
2200 мкФ, 35В low ESR, 16 x 34 мм
C7
100 мкФ, 35 В
C8, C20
10 нФ
C11,12
0,22 мкФ
C13
10 мкФ, 25 В
C14
2,2 нФ Styroflex
C16
2,2 мкФ
C17, 18, 19
0,047 мкФ
D1, 2
PXPR1507 и т.п. быстрый 200 В / 1A диод
D3
MBR3045, 30 A / 45 В диоды Шоттки
D4, 5, 6
BAT 46
D7
Стабилитрон, 13 В / 0,5 Вт
D8
1N4148
VT1, 2
IRF730
VT3, 4
IRFZ44N
IC1
SG3525A
Gl1
Диодный мост, dual in-line B40C800 DIP
Gl2
Диодный мост 400 В / 4 A
Трансформаторы, дроссели и др.
Parts No.
Value
Tr1
0,5 W print транформатор EE20/10, 15 Vac при 34 mA,
24 x 32 мм
Tr2
16 x 15 x 5 мм (W,H,D)
1 виток перв. обмотка
2x 100 витков вторичная обмотка
Tr3
40 x 35 x 12 мм (W,H,D) например Tokin 25812 or. 25801
2x 20 витков перв. обмотка. (L = 7 mH между a <=> c)
2x (3 + 4) витков втор. обмотка. (L = 200 uH между d <=> f or d* <=> f*)
2x 4 витков дополн. обмотка для управления VT3/4
Tr4
22 x 19 x 6 мм (W,H,D)
2x 26 витков перв. обмотка
2x 16 витков втор. обмотка
Dr1
2A дроссель
Dr2
20 uH, T26-106 (yel. / white), 16 витков. 2x 1 мм, жилы параллельно
Magnetics Kool 259-77934-A7, 20 витков. 2×1 mm жилы параллельно
Доп. фильтр
230 V / 2 A
Si
3,15 AT медленно перегорающий предохранитель
PS
Два 2-хполюсных выключателя
Разное
ПП, радиаторы, изоляторы и т.п.
Серым выделены детали, которые были извлечены из БП компьютера
Тестирование
Тестирование БП проходит в несколько этапов. Это сделано в целях безопасности и сохранности компонентов.
Предупреждение: Проверяйте температуру компонентов лишь при выключенном напряжении питания.
Этап 1: Первым тестируется PWM-IC и защита. Для запуска PWM-IC, подключите 24В к Gnd и + C7 (Vx). После включения, микросхема формирует управляющие импульсы на контактах 11 и 14. Сигнал на затворе-истоке VT1 и VT2 при измерении осциллографом должен соответствовать рисунку 9. Кроме того, сигналы у VT1 и VT2 должны быть противоположны по фазе.
Этап 2: Теперь подключите три автомобильные лампы (12 В/21 Вт) на 13,8V выход. Питание регулировки и защиты по прежнему подключено. Сигнал в контрольных точках X и Y должен соответствовать осциллограммам приведённым ниже.
Этап 3: Если все в порядке до сих пор, можно приступить к подключению БП к 230В переменного тока. Источник 24В и измерительные приборы должны быть удалены. Лампы ещё необходимы в качестве нагрузки. Если после подключения 230В лампы загораются ярко, выходное напряжение 13,8 В, то всё в порядке. Если ошибка проскочила на первых этапах, то прощайтесь с транзисторами.
Этап 4: Для следующего теста нужна более мощная нагрузка. В таблице ниже приведены результаты при разных сопротивлениях нагрузки.
Rl [Ом]
Автом. лампа
Io [A]
Po [Вт]
— / —
1x 12 В / 21 Вт
1,9
26
— / —
2x 12 В / 21 Вт
3,8
52
— / —
3x 12 В / 21 Вт
5,7
78
1,8 + 0,1
— / —
7,26
100
1,2 + 0,1
— / —
10,6
146
1,2 + 0,1
2x 12В / 21 Вт
10,6 + 3,8
198
1,2 + 0,1
3x 12В / 21 Вт
10,6 + 5,7
224
0,6 + 0,1
— / —
19,7
270
Дополнительные меры по снижению помех
Во время модификации БП от ПК оказалось, что стандартной фильтрации не хватает для радиолюбительских целей. Дополнительные фильтры установлены на выходе БП.
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
IC1
МикросхемаSG3525A1
VT1, VT2
MOSFET-транзисторIRF7302
VT3, VT4
MOSFET-транзисторAUIRFZ44N2
D1, D2
ДиодPXPR15072
D3
Диод ШотткиMBR3045CT1
D4, D5, D6
Выпрямительный диодBAT463
D7
Стабилитрон13 В 0.5 Вт1
D8
Выпрямительный диод1N41481
Gl1
Выпрямительный диодB40C800DM1
Диодный мостGl2
Диодный мост400 В 4 А1
С1, С2
Конденсатор0.1 мкФ 250 В2
С3, С4
Электролитический конденсатор470 мкФ 200 В2
С5, С14, С15
Конденсатор2200 пФ3
С6
Конденсатор1 мкФ 250 В1
С7
Трансформатор100 мкФ 35 В1
С8, С20
Конденсатор0.01 мкФ2
С9, С10
Электролитический конденсатор2200 мкФ 35 В2
С11, С12
Конденсатор0.22 мкФ2
С13
Электролитический конденсатор10 мкФ 25 В1
С16
Конденсатор2.2 мкФ1
С17-С19
Конденсатор0.047 мкФ3
R1, R2
Резистор120 кОм2
0.5 ВтR3
Резистор100 Ом1
2 ВтR4, R5, R9
Резистор1 кОм3
R6
Резистор10 Ом1
2 ВтR7, R10
Резистор10 кОм2
R8
Резистор1.5 кОм + 150 Ом1
R11
Резистор5.6 кОм1
R12-R14
Резистор47 Ом3
R15, R16
Резистор150 Ом2
Р1
Переменный резистор10 кОм1
10 оборотовNTC
Термистор5 Ом1
При 25*CTr1
ТрансформаторВых. 15 В1
Tr2-Tr4
Трансформатор3
Dr1
Фильтр питания2 А1
Dr2
Дроссель20 мкГн1
Si
Медленно перегорающий предохранитель3.15 А1
Ps
Сдвоенный выключатель1
Добавить все