Рассмотрены не сложные схемы цифровых вольтметра и амперметра, построенных без использования микроконтроллеров на микросхемах СА3162, КР514ИД2. Обычно, у хорошего лабораторного блока питания есть встроенные приборы, - вольтметр и амперметр. Вольтметр позволяет точно установить выходное напряжение, а амперметр покажет ток через нагрузку.
В старых лабораторных блоках питания были стрелочные индикаторы, но сейчас должны быть цифровые. Сейчас радиолюбители чаще всего делают такие приборы на основе микроконтроллера или микросхем АЦП вроде КР572ПВ2, КР572ПВ5.
Микросхема СА3162Е
Но существуют и другие микросхемы аналогичного действия. Например, есть микросхема СА3162Е, которая предназначена для создания измерителя аналоговой величины с отображением результата на трехразрядном цифровом индикаторе.
Микросхема СА3162Е представляет собой АЦП с максимальным входным напряжением 999 mV (при этом показания «999») и логической схемой, которая выдает сведения о результате измерения в виде трех поочередно меняющихся двоично-десятичных четырехразрядных кодов на параллельном выходе и трех выходах для опроса разрядов схемы динамической индикации.
Чтобы получить законченный прибор нужно добавить дешифратор для работы на семисегментный индикатор и сборку из трех семисегментных индикаторов, включенных в матрицу для динамической индикации, а так же, трех управляющих ключей.
Тип индикаторов может быть любым, -светодиодные, люминесцентные, газоразрядные, жидкокристаллические, все зависит от схемы выходного узла на дешифраторе и ключах. Здесь используется светодиодная индикация на табло из трех семисегментных индикаторов с общими анодами.
Индикаторые включены по схеме динамической матрицы, то есть, все их сегментные (катодные) выводы включены параллельно. А для опроса, то есть, последовательного переключения, используются общие анодные выводы.
Принципиальная схема вольтметра
Теперь ближе к схеме. На рисунке 1 показана схема вольтметра, измеряющего напряжение от 0 до 100V (0...99,9V). Измеряемое напряжение поступает на выводы 11-10 (вход) микросхемы D1 через делитель на резисторах R1-R3.
Конденсатор СЗ исключает влияние помех на результат измерения. Резистором R4 устанавливают показания прибора на ноль, при отсутствии входного напряжения А резистором R5 выставляют предел измерения так чтобы результат измерения соответствовал реальному, то есть, можно сказать, им калибруют прибор.
Рис. 1. Принципиальная схема цифрового вольтметра до 100В на микросхемах СА3162, КР514ИД2.
Теперь о выходах микросхемы. Логическая часть СА3162Е построена по логике ТТЛ, а выходы еще и с открытыми коллекторами. На выходах «1-2-4-8» формируется двоичнодесятичный код, который периодически сменяется, обеспечивая последовательную передачу данных о трех разрядах результата измерения.
Если используется дешифратор ТТЛ, как, например, КР514ИД2, то его входы непосредственно подключаются к данным входам D1. Если же будет применен дешифратор логики КМОП или МОП, то его входы будет необходимо подтянуть к плюсу при помощи резисторов. Это нужно будет сделать, например, если вместо КР514ИД2 будет использован дешифратор К176ИД2 или CD4056.
Выходы дешифратора D2 через токоограничивающие резисторы R7-R13 подключены к сегментным выводам светодиодных индикаторов Н1-НЗ. Одноименные сегментные выводы всех трех индикаторов соединены вместе. Для опроса индикаторов используются транзисторные ключи VT1-VT3, на базы которых подаются команды с выходов Н1-НЗ микросхемы D1.
Эти выводы тоже сделаны по схеме с открытым коллектором. Активный ноль, поэтому используются транзисторы структуры р-п-р.
Принципиальная схема амперметра
Схема амперметра показана на рисунке 2. Схема практически такая же, за исключением входа. Здесь вместо делителя стоит шунт на пятиваттном резисторе R2 сопротивлением 0,1 От. При таком шунте прибор измеряет ток до 10А (0...9.99А). Установка на ноль и калибровка, как и в первой схеме, осуществляется резисторами R4 и R5.
Рис. 2. Принципиальная схема цифрового амперметра до 10А и более на микросхемах СА3162, КР514ИД2.
Выбрав другие делители и шунты можно задать другие пределы измерения, например, 0...9.99V, 0...999mA, 0...999V, 0...99.9А, это зависит от выходных параметров того лабораторного блока питания, в который будут установлены эти индикаторы. Так же, на основе данных схем можно сделать и самостоятельный измерительный прибор для измерения напряжения и тока (настольный мультиметр).
При этом нужно учесть, что даже используя жидкокристаллические индикаторы прибор будет потреблять существенный ток, так как логическая часть СА3162Е построена по ТТЛ-логике. Поэтому, хороший прибор с автономным питанием вряд ли получится. А вот автомобильный вольтметр (рис.4) выйдет неплохой.
Питаются приборы постоянным стабилизированным напряжением 5V. В источнике питания, в который будут они установлены, необходимо предусмотреть наличие такого напряжения при токе не ниже 150mA.
Подключение прибора
На рисунке 3 показана схема подключения измерителей в лабораторном источнике.
Рис. 3. Схема подключения измерителей в лабораторном источнике.
Рис.4. Самодельный автомобильный вольтметр на микросхемах.
Детали
Пожалуй, самое труднодоставаемое - это микросхемы СА3162Е. Из аналогов мне известна только NTE2054. Возможно есть и другие аналоги, о которых мне не известно.
С остальным значительно проще. Как уже сказано, выходную схему можно сделать на любом дешифраторе и соответствующих индикаторах. Например, если индикаторы будут с общим катодом, то нужно КР514ИД2 заменить на КР514ИД1 (цоколевка такая же), а транзисторы VТ1-VТЗ перетащить вниз, подсоединив их коллектора к минусу питания, а эмиттеры к общим катодам индикаторов. Можно использовать дешифраторы КМОП-логики, подтянув их входы к плюсу питания при помощи резисторов.
Налаживание
В общем-то оно совсем несложное. Начнем с вольтметра. Сначала замкнем между собой выводы 10 и 11 D1, и подстройкой R4 выставим нулевые показания. Затем, убираем перемычку, замыкающую выводы 11-10 и подключаем к клеммам «нагрузка» образцовый прибор, например, мультиметр.
Регулируя напряжение на выходе источника, резистором R5 настраиваем калибровку прибора так, чтобы его показания совпадали с показаниями мультиметра. Далее, налаживаем амперметр. Сначала, не подключая нагрузку, регулировкой резистора R5 устанавливаем его показания на ноль. Теперь потребуется постоянный резистор сопротивлением 20 От и мощностью не ниже 5W.
Устанавливаем на блоке питания напряжение 10V и подключаем этот резистор в качестве нагрузки. Подстраиваем R5 так чтобы амперметр показал 0,50 А.
Можно выполнить калибровку и по образцовому амперметру, но мне показалось удобнее с резистором, хотя конечно на качество калибровки очень влияет погрешность сопротивления резистора.
По этой же схеме можно сделать и автомобильный вольтметр. Схема такого прибора показана на рисунке 4. Схема от показанной на рисунке 1 отличается только входом и схемой питания. Этот прибор теперь питается от измеряемого напряжения, то есть, измеряет напряжение, поступающее на него как питающее.
Напряжение от бортовой сети автомобиля через делитель R1-R2-R3 поступает на вход микросхемы D1. Параметры этого делителя такие же как в схеме на рисунке 1, то есть для измерения в пределах 0...99.9V.
Но в автомобиле напряжение редко бывает более 18V (больше 14,5V уже неисправность). И редко опускается ниже 6V, разве только падает до нуля при полном отключении. Поэтому прибор реально работает в интервале 7...16V. Питание 5V формируется из того же источника, с помощью стабилизатора А1.
Цифровой амперметр на светодиодах – удобный способ отображения информации, при котором имеет значение не только модуль измеряемой величины (что, кстати, значительно удобнее определять не по отклонению стрелочного индикатора, а по величине столбчатой диаграммы, или при помощи мини-дисплея), но и частоту изменения этого параметра.
Описание схемы
Светодиоды не отличаются большой мощностью, но использовать их в слаботочных электрических цепях допустимо и целесообразно. В качестве примера можно рассмотреть схему получения цифрового амперметра для определения силы тока в аккумуляторной батарее автомобиля, при номинальном диапазоне значений в 40…60 мА.
Вариант внешнего вида амперметра на светодиодах в столбик
Количество использованных светодиодов определит пороговое значение тока, при котором в работу будет включаться один из светодиодов. В качестве операционного усилителя можно использовать LM3915, либо подходящий по параметрам микроконтроллер. На вход будет подаваться напряжение через любой низкоомный резистор.
Удобно отражать результаты измерения в виде столбчатой диаграммы, где весь, практически используемый диапазон тока будет разделяться на несколько сегментов по 5…10 мА. Плюсом LED является то, что в схеме можно использовать элементы разного цвета – красного, зелёного, синего и т.д.
Для работы цифрового амперметра потребуются следующие компоненты:
- Микроконтроллер типа PIC16F686 с АЦП на 16 бит.
- Настраиваемые джамперы для выхода конечного сигнала. Можно, как альтернативу, применить DIP-переключатели, которые используются в качестве электронных шунтов или сигнальных замыканий в обычных электронных цепях.
- Источник питания постоянного тока, который рассчитан на рабочее напряжение от 5 до 15 В (при наличии стабильного напряжения, что контролируется вольтметром, подойдёт и 6 В).
- Контактная плата, где можно разместить до 20 светодиодов типа SMD.
Электрическая схема амперметра на LED источниках Последовательность размещения и монтажа амперметра
Входной сигнал по току (не более 1 А) подаётся от стабилизированного блока питания через шунтирующий резистор, допустимое напряжение на котором не должно быть более 40…50 В. Далее, проходя через операционный усилитель, сигнал поступает на светодиоды. Поскольку значение тока во время прохождения сигнала изменяется, то соответственно будет изменяться и высота столбика. Управляя током нагрузки, можно регулировать высоту диаграммы, получая результат с различной степенью точности .
Монтаж платы с SMD-компонентами, по желанию пользователя, можно размещать либо горизонтально, либо вертикально. Смотровое окошко перед началом тарировки необходимо перекрывать тёмным стеклом (подойдёт фильтр с кратностью 6…10 х от обычной сварочной маски).
Тарировка цифрового амперметра состоит в подборе минимального значения нагрузки по току, при которой светодиод будет светиться. Варьирование настройки производится экспериментально, для чего в схеме предусматривается резистор с небольшим (до 100 мОм) сопротивлением. Погрешность показаний такого амперметра обычно не превышает нескольких процентов.
Вы знали, что можно переделать старый вольтметр в амперметр? Как это сделать — смотрите видео:
Как настраивать регулировочный резистор
Для этого последовательно устанавливают силу тока, которая проходит через определённый светодиод. В качестве контрольного прибора можно использовать обычный тестер. Вольтметр включается в схему перед микроконтроллером, а амперметр – после него. Для исключения влияния случайных пульсаций подключается также сглаживающий конденсатор.
Практическим плюсом изготовления прибора своими руками (светодиодов не должно быть менее четырёх) является устойчивость схемы при значительных изменениях первоначально заданного диапазона силы тока. В отличие от обычных диодов, которые при коротком замыкании выйдут из строя, светодиоды просто не загораются.
Св-диоды как измерители тока в аккумуляторной батарее автомобиля, не только экономят заряд и сохраняют аккумуляторы, но и позволяют более удобным способом считывать показания.
Аналогичным образом можно построить и цифровой вольтметр. В качестве источников света для такого варианта применения подойдут элементы на 12 В, а наличие дополнительного шунта в схеме вольтметра позволит более рационально использовать всю высоту столбчатой диаграммы.
Рассказать в:В статье представлена простая конструкция ШИМ-регулятора, с помощью которой можно легко переделать компьютерный блок питания, собранный на контроллере, отличном от популярного tl494, в частности, dr-b2002, dr-b2003, sg6105 и прочих, в лабораторный с регулируемым выходным напряжением и ограничением тока в нагрузке. Также здесь я поделюсь опытом переделки компьютерных БП и опишу испытанные способы увеличения их максимального выходного напряжения.
В радиолюбительской литературе имеется множество схем переделки устаревших компьютерных блоков питания (БП) в зарядные устройства и лабораторные источники питания (ИП). Но все они касаются тех БП, в которых узел управления построен на базе микросхемы ШИМ-контроллера типа tl494, или его аналогов dbl494, kia494, КА7500, КР114ЕУ4. Нами было переделано больше десятка таких БП. Хорошо показали себя зарядные устройства, изготовленные по схеме, описанной М. Шумиловым в статье «Простой встраиваемый ампервольтметр на pic16f676».
Но все хорошее когда-нибудь кончается и в последнее время все чаще стали попадаться компьютерные БП, в которых были установлены другие ШИМ-контроллеры, в частности, dr-b2002, dr-b2003, sg6105. Возник вопрос: как можно использовать эти БП для изготовления лабораторных ИП? Поиск схем и общение с радиолюбителями не позволил продвинуться в этом направлении, хотя и удалось найти краткое описание и схему включения таких ШИМ-контроллеров в статье«ШИМ-контроллеры sg6105 и dr-b2002 в компьютерных ИП».Из описания стало понятно, что эти контроллеры гораздо сложнее tl494 и пытаться управлять ими извне для регулирования выходного напряжения вряд ли возможно. Поэтому от этой идеи было решено отказаться. Однако при изучении схем «новых» БП было отмечено, что построение схемы управления двухтактным полумостовым преобразователем выполнено аналогично «старым» БП - на двух транзисторах и разделительном трансформаторе.
Была предпринята попытка вместо микросхемы dr-b2002 установить tl494 со своей стандартной обвязкой, подключив коллекторы выходных транзисторов tl494 к базам транзисторов схемы управления преобразователем БП. В качестве обвязки tl494 для обеспечения регулирования выходного напряжения была выбрана неоднократно проверенная выше упомянутая схема М. Шумилова. Такое включение ШИМ-контроллера позволяет отключить все имеющиеся в БП блокировки и схемы защиты, к тому же эта схема очень проста.
Попытка замены ШИМ-контроллера увенчалась успехом - БП заработал, регулировка выходного напряжения и ограничение тока также работали, как и в переделанных БП «старого» образца.
Описание схемы устройства
Конструкция и детали
Блок ШИМ-регулятора собран на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита размером 40х45 мм. Чертеж печатной платы и схема расположения элементов показаны на рисунке. Чертеж показан со стороны установки компонентов.
Плата рассчитана на установку выводных компонентов. Особых требований к ним не предъявляется. Транзистор vt1 может быть заменен на любой другой аналогичный по параметрам биполярный транзистор прямой проводимости. На плате предусмотрена установка подстроечных резисторов r5 разных типоразмеров.
Монтаж и наладка
Крепление платы осуществляется в удобном месте одним винтом поближе к месту установки ШИМ-контроллера. Автор нашел удобным крепить плату к одному из радиаторов БП. Выходы pwm1, pwm2 запаивают прямо в соответствующие отверстия ранее установленного ШИМ-контроллера - выводы которых идут к базам транзисторов управления преобразователем (выводы 7 и 8 микросхемы dr-b2002). Подключения вывода vcc осуществляется к точке, в которой имеется выходное напряжение схемы дежурного питания, значение которого может находиться в пределах 13…24В.
Регулировка выходного напряжения ИП осуществляется потенциометром r5, минимальное выходное напряжение зависит от номинала резистора r7. Резистором r8 можно осуществить ограничение максимального выходного напряжения. Значение максимального выходного тока регулируется подбором номинала резистора r3 - чем меньше его сопротивление, тем больше будет максимальный выходной ток БП.
Порядок переделки компьютерного БП в лабораторный ИП
Работа по переделке БП связана с работой в цепях с высоким напряжением, поэтому настоятельно рекомендуется подключать БП к сети через разделительный трансформатор мощностью не менее 100Вт. Кроме того, для исключения выхода из строя ключевых транзисторов в процессе наладки ИП, подключать его к сети следует через «предохранительную» лампу накаливания на 220В мощностью 100Вт. Ее можно подпаять к БП вместо сетевого предохранителя.
Прежде, чем приступить к переделке компьютерного БП желательно убедиться в его исправности. Перед включением к выходным цепям +5В и +12В следует подключить автомобильные лампочки на 12В мощностью до 25 Вт. Затем подключить БП к сети и соединить вывод ps-on (обычно зеленого цвета) с общим проводом. В случае исправности БП «предохранительная» лампа кратковременно вспыхнет, БП заработает и загорятся лампы в нагрузке +5В, +12В. Если после включения «предохранительная» лампа загорится в полный накал, возможен пробой силовых транзисторов, диодов выпрямительного моста и т. д.
Далее следует найти на плате БП точку, в которой имеется выходное напряжение схемы дежурного питания. Его значение может находиться в пределах 13…24В. Из этой точки в дальнейшем будем брать питание для блока ШИМ-регулятора и вентилятора охлаждения.
Затем следует выпаять штатный ШИМ-контроллер и подключить к плате БП блок ШИМ-регулятора согласно схемы (рис. 1). Вход p_in подключают к 12-вольтовому выходу БП. Теперь необходимо проверить работу регулятора. Для этого следует подключить к выходу p_out нагрузку в виде автомобильной лампочки, движок резистора r5 вывести до отказа влево (в положение минимального сопротивления) и подключить БП к сети (опять же через «предохранительную» лампу). Если лампа нагрузки загорится, следует убедиться в исправности схемы регулировки. Для этого нужно осторожно повернуть движок резистора r5 вправо, при этом желательно контролировать выходное напряжение вольтметром, чтобы не сжечь нагрузочную лампу. Если выходное напряжение регулируется, значит блок ШИМ-регулятора работает и можно продолжать модернизацию БП.
Выпаиваем все провода нагрузки БП, оставив по одному проводу в цепях +12 В и общий для подключения блока ШИМ-регулятора. Выпаиваем: диоды (диодные сборки) в цепях +3,3 В, +5 В; диоды выпрямителей -5 В, -12 В; все конденсаторы фильтров. Электролитические конденсаторы фильтра цепи +12 В следует заменить на конденсаторы аналогичной емкости, но с допустимым напряжением 25 В или более в зависимости от предполагаемого максимального выходного напряжения изготавливаемого лабораторного ИП. Далее следует установить нагрузочный резистор, показанный на схеме рис. 1 как r2, необходимый для обеспечения устойчивой работы ИП без внешней нагрузки. Мощность нагрузки должна быть около 1 Вт. Сопротивление резистора r2 можно рассчитать исходя из максимального выходного напряжения ИП. В самом простом случае подойдет 2-х ваттный резистор сопротивлением 200-300 Ом.
Далее можно выпаять элементы обвязки старого ШИМ-контроллера и прочие радиодетали из неиспользуемых выходных цепей БП. Чтобы не выпаять случайно что-нибудь «полезное» рекомендуется отпаивать детали не полностью, а по одному выводу, и лишь убедившись в работоспособности ИП, удалять деталь полностью. По поводу дросселя фильтра l1, автор обычно ничего с ним не делает и использует штатную обмотку цепи +12 В. Это связано с тем, что в целях безопасности максимальный выходной ток лабораторного ИП обычно ограничивается на уровне, не превышающем паспортный для цепи +12 В БП.
После очистки монтажа рекомендуется увеличить емкость конденсатора фильтра С1 источника питания дежурного режима, заменив его на конденсатор номиналом 50 В/100 мкФ. Кроме того, если установленный в схеме диод vd1 маломощный (в стеклянном корпусе), его рекомендуется заменить на более мощный, выпаянный из выпрямителя цепи -5 В или -12 В. Также следует подобрать сопротивление резистора r1 для комфортной работы вентилятора охлаждения М1.
Опыт переделки компьютерных БП показал, что с применением различных схем управления ШИМ-контроллером, максимальное выходное напряжение ИП будет находиться в пределах 21…22 В. Этого более чем достаточно для изготовления зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов, однако для лабораторного источника питания все же маловато. Для получения повышенного выходного напряжения многие радиолюбители предлагают использовать мостовую схему выпрямления выходного напряжения, но это связано с установкой дополнительных диодов, стоимость которых довольно высока. Я считаю этот метод нерациональным и используею другой способ повышения выходного напряжения ИП - модернизацию силового трансформатора.
Есть два основных способа модернизации силового трансформатора ИП. Первый способ удобен тем, что для его реализации не требуется разборка трансформатора. Он основан на том факте, что обычно вторичная обмотка мотается в несколько проводов и есть возможность ее «расслоить». Схематично вторичные обмотки силового трансформатора показаны на рис. а). Это наиболее часто встречающаяся схема. Обычно 5-вольтовая обмотка имеет по 3 витка, намотанных в 3-4 провода (обмотки «3,4»-«общ.» и «общ.»-«5,6»), а 12-вольтовая - дополнительно по 4 витка в один провод (обмотки «1»-«3,4» и «5,6»-«2»).
Для этого трансформатор выпаивают, аккуратно распаивают отводы 5-вольтовой обмотки и расплетают «косичку» общего провода. Задача состоит в том, чтобы разъединить параллельно включенные 5-вольтовые обмотки и включить все или часть из них последовательно, как это показано на схеме рис. б).
Выделить обмотки не составляет труда, но вот правильно сфазировать их довольно трудно. Автор использует для этой цели низкочастотный генератор синусоидального сигнала и осциллограф или милливольтметр переменного тока. Подключив выход генератора, настроенного на частоту 30…35 кГц, к первичной обмотке трансформатора, с помощью осциллографа или милливольтметра контролируют напряжение на вторичных обмотках. Комбинируя подключение 5-вольтовых обмоток добиваются увеличения выходного напряжения по сравнению с исходным на требуемую величину. Таким способом можно добиться увеличения выходного напряжения БП до 30…40 В.
Второй способ модернизации силового трансформатора - это его перемотка. Это единственный способ получить выходное напряжение ИП более 40 В. Самой трудной задачей здесь является разъединение ферритового сердечника. Автор взял на вооружение способ вываривания трансформатора в воде в течение 30-40 минут. Но прежде, чем вываривать трансформатор следует хорошо продумать способ разъединения сердечника, учитывая тот факт, что после вываривания он будет очень горячим, к тому же горячий феррит становится очень хрупким. Для этого предлагается вырезать из жести две клиновидные полоски, которые затем можно будет вставить в зазор между сердечником и каркасом, и с их помощью разъединить половинки сердечника. В случае разламывания или откалывания частей ферритового сердечника особо расстраиваться не стоит, так как его успешно можно склеить циакриланом (т. н. «суперклеем»).
После освобождения катушки трансформатора необходимо смотать вторичную обмотку. У импульсных трансформаторов есть одна неприятная особенность - первичная обмотка намотана в два слоя. Сначала на каркас намотана первая часть первичной обмотки, затем экран, затем все вторичные обмотки, снова экран и вторая часть первичной обмотки. Поэтому нужно аккуратно смотать вторую часть первичной обмотки, при этом обязательно запомнив ее подключение и направление намотки. Затем снять экран, выполненный в виде слоя медной фольги с припаянным проводом, ведущим к выводу трансформатора, который предварительно следует отпаять. И, наконец, смотать вторичные обмотки до следующего экрана. Теперь обязательно нужно хорошо просушить катушку струей горячего воздуха для испарения воды, проникшей в обмотку во время вываривания.
Количество витков вторичной обмотки будет зависеть от требуемого максимального выходного напряжения ИП из расчета примерно 0,33 витка/В (то есть 1 виток - 3 В). Например, автор намотал 2х18 витков провода ПЭВ-0,8 и получил максимальное выходное напряжение ИП около 53 В. Сечение провода будет зависеть от требования к максимальному выходному току ИП, а также от габаритов каркаса трансформатора.
Вторичную обмотку мотают в 2 провода. Конец одного провод сразу запаивают на первый вывод каркаса, а второй оставляют с запасом 5 см для формирования «косички» нулевого вывода. Закончив намотку, запаивают конец второго провода на второй вывод каркаса и формируют «косичку» таким образом, чтобы количество витков обеих полуобмоток обязательно было одинаковым.
Теперь следует восстановить экран, намотать смотанную ранее вторую часть первичной обмотки трансформатора, соблюдая исходное подключение и направление намотки, и собрать магнитопровод трансформатора. Если разводка вторичной обмотки запаяна правильно (на выводы 12-вольтовой обмотки), то можно впаять трансформатор в плату БП и проверить его работоспособность.
АРХИВ:Скачать
Раздел:
[Блоки питания (импульсные)]
Сохрани статью в:
Введение
Большой плюс компьютерного блока питания состоит в том, что он стабильно работает при изменении сетевого напряжения от 180 до 250 В, причем некоторые экземпляры работают и при большем разбросе напряжений. От блока мощностью 200 Вт реально получить полезный ток нагрузки 15-17 А, а в импульсном (кратковременном режиме повышенной нагрузки) – вплоть до 22 А. Компьютерные БП типового ряда, соответствующие стандарту ATX12 и предназначенные для использования в ПК на базе процессоров Intel Pentium IV и ниже, чаще всего выполнены на микросхемах 2003, AT2005Z, SG6105, KA3511, LPG-899, DR-B2002, IW1688. Подобные устройства содержат меньшее количество дискретных элементов на плате, имеют меньшую стоимость, чем построенные на основе популярного ШИМ – микросхемы TL494. В данном материале мы рассмотрим несколько подходов по ремонту вышеупомянутых блоков питания и дадим несколько практических советов.
Блоки и схемы
Компьютерный блок питания можно применять не только по прямому назначению, но и в виде источников для широкого спектра электронных конструкций для дома, требующих для своей работы постоянного напряжения 5 и 12 В. Путем незначительной переделки, описанной ниже, сделать это совсем не трудно. А приобрести БП ПК можно отдельно как в магазине, так и бывший в употреблении на любом радиорынке (если не хватает собственных «закромов») за символическую цену.
Этим блок питания компьютера выгодно отличается в перспективе применения в домашней лаборатории радиомастера от всех других промышленных вариантов. Для примера мы возьмем блоки JNC моделей LC-B250ATX и LC-B350ATX, а также InWin IP-P300AQ2, IP-P350AQ2, IP-P400AQ2, IP-P350GJ20, которые используют в своей конструкции микросхему 2003 IFF LFS 0237E. В некоторых других встречаются BAZ7822041H или 2003 BAY05370332H. Все эти микросхемы конструктивно отличаются друг от друга назначением выводов и «начинкой», но принцип работы у них одинаковый. Так микросхема 2003 IFF LFS 0237E (далее будем называть ее 2003) – это ШИМ (широтно-импульсный модулятор сигналов) в корпусе DIP-16. До недавнего времени большинство бюджетных компьютерных БП производства китайских фирм выполнялось на основе микросхемы ШИМ-контроллера TL494 фирмы Texas Instruments (http://www.ti.com) или ее аналогов других фирм-производителей, таких как Motorola, Fairchild, Samsung и прочих. Эта же микросхема имеют отечественный аналог КР1114ЕУ4 и КР1114ЕУ3 (цоколевка выводов в отечественном исполнении различная). Изучим для начала методы диагностики и тестирования неполадок
Как изменить входное напряжение
Сигнал, уровень которого пропорционален мощности нагрузки преобразователя, снимается со средней точки первичной обмотки разделительного трансформатора Т3, далее через диод D11 и резистор R35 поступает на корректирующую цепочку R42R43R65C33, после которой подается на вывод PR микросхемы. Поэтому в данной схеме устанавливать приоритет защиты по какому-либо одному напряжению затруднительно. Здесь пришлось бы сильно изменить схему, что нерентабельно по затратам времени.
В других схемах компьютерных БП, к примеру, в LPK-2-4 (300 Вт), напряжение с катода сдвоенного диода Шоттки типа S30D40C, выпрямителя выходного напряжения +5 В, поступает на вход UVac микросхемы U2 и используется для контроля входного питающим переменным напряжением БП. Регулируемое выходное напряжение бывает полезно для домашней лаборатории. К примеру, для питания от компьютерного БП электронных устройств для легкового автомобиля, где напряжение в бортовой сети (при работающем двигателе) 12.5-14 В. Чем больше уровень напряжения, тем больше полезная мощность электронного устройства. Особенно это важно для радиостанций. Для примера рассмотрим адаптацию популярной радиостанции (трансивера) к нашему БП LC-B250ATX – повышение напряжения по шине 12 В до 13.5-13.8 В.
Припаиваем подстроечный резистор, к примеру, СП5-28В (желательно с индексом «В» в обозначении – признак линейности характеристики) сопротивлением 18-22 кОм между выводом 6 микросхемы U2 и шиной +12 В. На выход +12 В устанавливаем автомобильную лампочку 5-12 Вт в качестве эквивалента нагрузки (можно подключить и постоянный резистор 5-10 Ом с мощностью рассеяния от 5 Вт и выше). После рассмотренной незначительной доработки БП вентилятор можно не подключать и саму плату в корпус не вставлять. Запускаем БП, к шине +12 В подключаем вольтметр и контролируем напряжение. Вращением движка переменного резистора устанавливаем выходное напряжение 13.8 В.
Выключаем питание и замеряем омметром получившееся сопротивление подстроечного резистора. Теперь между шиной +12 В и выводом 6 микросхемы U2 припаиваем постоянный резистор соответствующего сопротивления. Таким же образом можно скорректировать напряжение по выходу +5 В. Сам же ограничительный резистор подключают к выводу 4 микросхемы 2003 IFF LFS 0237E.
Принцип работы схемы 2003
Напряжение питания Vcc (вывод 1) на микросхему U2 поступает от источника дежурного напряжения +5V_SB. На отрицательный вход усилителя ошибки IN микросхемы (вывод 4) поступает сумма выходных напряжений ИП +3.3 В, +5 В и +12 В. Сумматор выполнен соответственно на резисторах R57, R60, R62. Управляемый стабилитрон микросхемы U2 используется в схеме оптронной обратной связи в источнике дежурного напряжения +5V_SB, второй стабилитрон используется в схеме стабилизации выходного напряжения +3.3V. Схема управления выходным полумостовым преобразователем БП выполнена по двухтактной схеме на транзисторах Q1, Q2 (обозначение на печатной плате) типа Е13009 и трансформаторе Т3 типа EL33-ASH по стандартной схеме, применяемой в компьютерных блоках.
Взаимозаменяемые транзисторы – MJE13005, MJE13007, Motorola MJE13009 выпускают многие зарубежные фирмы-производители, поэтому вместо аббревиатуры MJE в маркировке транзистора могут присутствовать символы ST, PHE, KSE, HA, MJF и другие. Для питания схемы используется отдельная обмотка трансформатора дежурного режима Т2 типа EE-19N. Чем большую мощность имеет трансформатор Т3 (чем толще провод использован в обмотках), тем больше выходной ток самого блока питания. В некоторых печатных платах, которые мне приходилось ремонтировать, «раскачивающие» транзисторы имели наименование 2SC945 и Н945Р, 2SC3447, 2SC3451, 2SC3457, 2SC3460(61), 2SC3866, 2SC4706, 2SC4744, BUT11A, BUT12A, BUT18A, BUV46, MJE13005, а обозначение на плате было указано как Q5 и Q6. И при этом на плате было всего 3 транзистора! Сама же микросхема 2003 IFF LFS 0237E была обозначена как U2, и при этом на плате нет ни одного обозначения U1 или U3. Однако оставим эту странность в обозначении элементов на печатных плата на совести китайского производителя. Сами обозначения не принципиальны. Главное отличие рассматриваемых блоков питания типа LC-B250ATX – наличие на плате одной микросхемы типа 2003 IFF LFS 0237E и внешний вид платы.
В микросхеме применен управляемый стабилитрон (выводы 10, 11), аналогичный TL431. Он используется для стабилизации цепи питания 3.3 В. Отмечу, что в моей практике ремонта блоков питания вышеупомянутая схема – самое слабое место в компьютерном БП. Однако прежде чем менять микросхему 2003, рекомендую сначала проверить саму цепь.
Диагностика ATX блоков питания на микросхеме 2003
Если блок питания не запускается, то нужно в первую очередь снять крышку корпуса и проверить оксидные конденсаторы и другие элементы на печатной плате внешним осмотром. Оксидные (электролитические) конденсаторы явно подлежат замене, если их корпуса вздуты и если они имеют сопротивление менее 100 кОм. Определяется это «прозвонкой» омметром, к примеру, моделью М830 в соответствующем режиме измерений. Одна из часто встречающихся неисправностей БП на основе микросхемы 2003 – отсутствие стабильного запуска. Запуск производится кнопкой Power на передней панели системного блока, при этом контакты кнопки замыкаются, причем вывод 9 микросхемы U2 (2003 и аналогичной) соединяется с «корпусом» общим проводом.
В «косе» это, как правило, зеленый и черный провода. Для того чтобы быстро восстановить работоспособность устройства, достаточно отсоединить от печатной платы вывод 9 микросхемы U2. Теперь БП должен включаться стабильно путем нажатия на клавишу задней панели системного блока. Этот метод хорош тем, что позволяет и далее без ремонта, который не всегда выгоден материально, использовать морально устаревший компьютерный БП, или тогда, когда блок используется не по назначению, к примеру, для питания электронных конструкций в домашней радиолюбительской лаборатории.
Если перед включением питания удерживать нажатой кнопку «reset» и отпускать через несколько секунд, то системой будет имитироваться увеличение задержки сигнала Power Good. Так можно проверить причины неисправности потери данных в СМОS (ведь не всегда «виновата» батарейка). Если данные, к примеру, время, периодически теряются, то следует проверить задержку при отключении. Для этого «reset» нажимается перед отключением питания и удерживается еще несколько секунд, имитируя ускорение снятия сигнала Power Good. Если при таком выключении данные сохраняются, дело в большой задержке при выключении.
Увеличение мощности
На печатной плате установлены два высоковольтных электролитических конденсатора емкостью 220 мкФ. Для улучшения фильтрации, ослабления импульсных помех и в итоге для обеспечения устойчивости компьютерного БП к максимальным нагрузкам эти конденсаторы заменяют на аналоги большей емкости, к примеру, 680 мкФ на рабочее напряжение 350 В. Пробой, потеря емкости или обрыв оксидного конденсатора в схеме БП уменьшает или сводит на нет фильтрацию питающего напряжения. Напряжение на обкладках оксидного конденсатора в устройствах БП порядка 200 В, а емкость находится в диапазоне 200-400 мкФ. Китайские производители (VITO, Feron и другие) устанавливает, как правило, самые дешевые пленочные конденсаторы, не сильно заботясь ни о температурном режиме, ни о надежности устройства. Оксидный конденсатор в данном случае применяется в устройстве БП в качестве высоковольтного фильтра питания, поэтому должен быть высокотемпературным. Несмотря на рабочее напряжение, указанное на таком конденсаторе 250-400 В (с запасом, как и положено), он все равно «сдает» по причине своего низкого качества.
Для замены рекомендую оксидные конденсаторы фирм КХ, CapXon, а именно HCY CD11GH и ASH-ELB043 – это высоковольтные оксидные конденсаторы, специально разработанные для применения в электронных устройствах питания. Даже если внешний осмотр не позволил найти неисправные конденсаторы, мы следующим шагом все равно выпаиваем кондеры на шине +12 В и вместо них устанавливаем аналоги большей емкости: 4700 мкФ на рабочее напряжение 25 В. Сам участок печатной платы БП ПК с оксидными конденсаторами по питанию, подлежащими замене, представлен на рисунке 4. Вентилятор мы аккуратно снимаем и устанавливаем наоборот – так, чтобы он дул внутрь, а не наружу. Такая модернизация улучшает охлаждение радиоэлементов и в итоге повышает надежность устройства при длительной эксплуатации. Капля машинного или бытового масла в механических деталях вентилятора (между крыльчаткой и осью электродвигателя) не помешает. По моему опыту, можно сказать, что значительно уменьшается шум нагнетателя при работе.
Замена диодных сборок на более мощные
На печатной плате блока питания диодные сборки установлены на радиаторах. В центре установлена сборка UF1002Г (по питанию 12 В), справа на этом радиаторе установлена диодная сборка D92-02, обеспечивающая питание –5 В. Если такое напряжение в домашней лаборатории не нужно, данную сборку типа можно безвозвратно выпаять. В целом D92-02 рассчитана на ток до 20 А и напряжение 200 В (в импульсном кратковременном режиме в разы больший), поэтому она вполне подходит для установки вместо UF1002Г (ток до 10 А).
Диодную сборку Fuji D92-02 можно заменить, например, на S16C40C, S15D40C или S30D40C. Все они, в данном случае, для замены подходят. У диодов с барьером Шоттки меньше падение напряжения и, соответственно, нагрев.
Особенность замены в том, что «штатная» диодная сборка по выходу (шина 12 В) UF1002Г имеет полностью пластмассовый корпус из композита, поэтому крепится к общему радиатору или проводящей ток пластине с помощью термопасты. А диодная сборка Fuji D92-02 (и аналогичные) имеет металлическую пластину в корпусе, что предполагает особую осторожность при ее установке на радиатор, то есть через обязательную изолирующую прокладку и диэлектрическую шайбу под винт. Причина выхода из строя диодных сборок UF1002Г состоит в выбросах напряжения на диодах с амплитудой, увеличивающейся при работе БП под нагрузкой. При малейшем превышении допустимого обратного напряжения диоды Шотки получают необратимый пробой, поэтому рекомендуемая замена на более мощные диодные сборки в случае перспективного использования БП с мощной нагрузкой вполне оправдана. Наконец, есть один совет, который позволит проверить работоспособность защитного механизма. Закоротим тонким проводом, к примеру, МГТФ-0.8, шину +12 В на корпус (общий провод). Так должно полностью пропасть напряжение. Чтобы оно восстановилось – выключим БП на пару минут для разряда высоковольтных конденсаторов, снимем шунт (перемычку), удалим эквивалент нагрузки и включим БП снова; он заработает в штатном режиме. Переделанные таким образом компьютерные блоки питания работают годами в режиме 24 часа с полной нагрузкой.
Вывод питания
Положим, необходимо использовать блок питания в бытовых целях и требуется вывести из блока две клеммы. Я сделал это с помощью двух (одинаковой длины) отрезков ненужного провода сетевого питания компьютерного БП и подключил к клеммнику все три предварительно пропаянные жилы в каждом проводнике. Для уменьшения потери мощности в проводниках, идущих от БП к нагрузке, подойдет и другой электрический кабель с медной (меньше потери) многожильный кабель – к примеру, ПВСН 2x2.5, где 2.5 – это есть сечение одного проводника. Также можно не выводить провода на клеммник, а выход 12 В подключить в корпусе БП ПК к неиспользуемому разъему сетевого кабеля монитора ПК.
Назначение выводов микросхемы 2003
PSon 2 - Вход сигнала PS_ON, управляющего работой БП: PSon=0, БП включен, присутствуют все выходные напряжения; PSon=1, БП выключен, присутствует только дежурное напряжение +5V_SB
V33-3 - Вход напряжения +3.3 В
V5-4 - Вход напряжения +5 В
V12-6 - Вход напряжения +12 В
OP1/OP2-8/7 - Выходы управления двухтактным полумостовым преобразователем БП
PG-9 - Тестирование. Выход с открытым коллектором сигнала PG (Power Good): PG=0, одно или несколько выходных напряжений не соответствуют норме; PG=1, выходные напряжения БП находятся в заданных пределах
Vref1-11 - Управляющий электрод управляемого стабилитрона
Fb1-10 - Катод управляемого стабилитрона
GND-12 - Общий провод
COMP-13 - Выход усилителя ошибки и отрицательный вход компаратора ШИМ
IN-14 - Отрицательный вход усилителя ошибки
SS-15 - Положительный вход усилителя ошибки, подключен к внутреннему источнику Uref=2.5 В. Вывод используется для организации «мягкого старта» преобразователя
Ri-16 - Вход для подключения внешнего резистора 75 кОм
Vcc-1 - Напряжение питания, подключается к дежурному источнику +5V_SB
PR-5 - Вход для организации защиты БП
Микросхема ULN2003 (ULN2003a) по сути своей является набором мощных составных ключей для применения в цепях индуктивных нагрузок. Может быть применена для управления нагрузкой значительной мощности, включая электромагнитные реле, двигатели постоянного тока, электромагнитные клапаны, в схемах управления различными и другие.
Микросхема ULN2003 — описание
Краткое описание ULN2003a. Микросхема ULN2003a — это транзисторная сборка Дарлингтона с выходными ключами повышенной мощности, имеющая на выходах защитные диоды, которые предназначены для защиты управляющих электрических цепей от обратного выброса напряжения от индуктивной нагрузки.
Каждый канал (пара Дарлингтона) в ULN2003 рассчитан на нагрузку 500 мА и выдерживает максимальный ток до 600 мА. Входы и выходы расположены в корпусе микросхемы друг напротив друга, что значительно облегчает разводку печатной платы.
ULN2003 относится к семейству микросхем ULN200X. Различные версии этой микросхемы предназначены для определенной логики. В частности, микросхема ULN2003 предназначена для работы с TTL логикой (5В) и логических устройств CMOS. Широкое применение ULN2003 нашло в схемах управления широким спектром нагрузок, в качестве релейных драйверов, драйверов дисплея, линейных драйверов и т. д. ULN2003 также используется в драйверах шаговых двигателей.
Структурная схема ULN2003
Принципиальная схема
Характеристики
- Номинальный ток коллектора одного ключа — 0,5А;
- Максимальное напряжение на выходе до 50 В;
- Защитные диоды на выходах;
- Вход адаптирован к всевозможным видам логики;
- Возможность применения для управления реле.
Аналог ULN2003
Ниже приводим список чем можно заменить ULN2003 (ULN2003a):
- Зарубежный аналог ULN2003 — L203, MC1413, SG2003, TD62003.
- Отечественным аналогом ULN2003a — является микросхема .
Микросхема ULN2003 — схема подключения
Зачастую микросхему ULN2003 используют при управлении шаговым двигателем. Ниже приведена схема включения ULN2003a и шагового двигателя.