Блок живлення ATX: переробка під підсилювач низької частоти (частина 2)

Продовження, початок тут .



Якщо потрібен блок живлення для нестандартних умов, можна скористатися побудовою з низькочастотних трансформатором. Таке рішення просто в реалізації і не вимагає особливо глибоких спеціальних знань, але є у нього і ряд недоліків - великі габарити, низький ККД і якість стабілізації вихідних напруг. Можна виготовити імпульсний БП, але це досить складна процедура з масою підводних каменів - при найменшій помилці буде «хлопок» і купа непотрібних деталей.

Спробуємо знизити планку і обмежимося модернізацією звичайного комп'ютерного блоку живлення ATX під необхідні вимоги. Гм, а що саме стане предметом розгляду? Взагалі-то, 300-400 ватний БП може забезпечити досить значну потужність, область застосування у нього велика. В одній статті важко осягнути неосяжне, тому обмежимося найпоширенішим - підсилювачем низької частоти, під нього і спробуємо здійснити переробку.

Блок живлення досить великої потужності, хотілося б його використовувати по максимуму. З 12 вольт потужний підсилювач не зробити, тут потрібно зовсім інший підхід - двуполярное харчування з вихідною напругою явно побільше 12 В. Якщо БП буде живити саморобний підсилювач, зібраний з дискретних елементів, то його напруга живлення може бути будь-яким (в розумних межах), а ось інтегральні мікросхеми досить прискіпливі. Для визначеності візьмемо підсилювач на TDA7294 - напруга живлення до 100 В (+/- 50 В) з вихідною потужністю 100 Вт. Мікросхема забезпечує струм в динаміці до 10 ампер, що визначає максимальний струм навантаження блоку живлення.

Начебто все ясно, залишається уточнити рівень вихідної напруги. Допускається робота від джерела живлення 100 вольт (+/- 50 В), але спроба вибору такого значення вихідної напруги виявилася б великою помилкою. Мікросхеми вкрай негативно ставляться до граничних режимів роботи, особливо при одночасному максимальному значенні декількох параметрів - напруги живлення і потужності. До того ж, навряд чи в звичайній квартирі є сенс забезпечувати такий високий рівень потужності, навіть для низькочастотних динаміків з їх низькою ефективністю.



Можна встановити напругу в 90 вольт (+/- 45 В), але це вимагало б дуже точного утримання вихідної напруги - в багатоканальних блоках харчування досить важко забезпечити однаковість напружень на різних виходах. Тому варто трохи знизити планку і встановити номінальну напругу для цієї мікросхеми 80 вольт (+/- 40 В) - потужність підсилювача трохи впаде, але пристрій буде працювати з належною запасом міцності, що забезпечить достатню надійність пристрою.

Крім того, якщо звукова колонка буде працювати не тільки в низькочастотної області, але ще містить середньо-високочастотні канали підсилювачів, то варто отримати від БП ще одна напруга, менше «+/- 40 В». Ефективність роботи низькочастотних динаміків великого діаметра істотно нижче більш високочастотних, тому запітиванія підсилювача СЧ-ВЧ каналу від тих же «+/- 40 В» досить нерозумно, основна маса енергії піде в тепло. Для другого підсилювача добре б забезпечити вихід +/- 20 вольт.

Отже, специфікація блоку живлення, який хочеться отримати:

  • Канал № 1 (основний), напруга: «+/- 40 В».
  • Струм навантаження від 0.1 А до 10 А.
  • Канал № 2 (додатковий), напруга: «+/- 20 В».
  • Струм навантаження від 0 до 5 А.

Характеристики визначені, залишилося вибрати відповідну модель. Зовсім вже старий використовувати немає ніякого бажання, конденсатори давно вже висохли, та й схемні рішення тих часів не вселяють оптимізму. Варто зазначити, що частина «сучасних» блоків живлення теж не блищить якістю роботи і надійністю, але з цим можна боротися - досить вибирати продукцію відомих фірм, до якої є довіра.

Крім філософського осмислення сутності БП і відбору за зовнішнім виглядом, є цілком осмислений критерій - їх тип. Блок може бути виконаний за технологією «двотактний напівміст» або «однотактний прямоход», містити в собі якусь різновид PFC (активну чи пасивну на дроселі). Все ці чинники впливають на якість роботи і рівень перешкод. Причому, це не «просто слова», при переході від трансформаторного БП на «імпульсний» досить часто помічається погіршення якості звучання.



З одного боку, «дивно», адже такий БП забезпечує кращу стабільність напруги живлення підсилювача. З іншого, нічого дивного немає - «імпульснік» виробляє перешкоду при перемиканні силових транзисторів основного перетворювача (і блоку APFC), що виражається в високочастотних «сплесках» на ланцюгах харчування і землі. Найчастіше перетворювач БП працює на частоті 40-80 кГц, що вище звукового діапазону, а тому начебто не повинно заважати пристрою, але перешкоди поширюються по всьому підсилювача і збивають робочу точку каскадів, що призводить до інтермодуляційних спотворень, звук стає «жорсткіше» . У комп'ютерному блоці живлення шини 12 В і 5 В виглядають наступним чином:

У комп'ютерному блоці живлення шини 12 В і 5 В виглядають наступним чином:

Так що, проблема не надумана і на боротьбу з її негативним проявом слід витратити деякі зусилля.

Так що, проблема не надумана і на боротьбу з її негативним проявом слід витратити деякі зусилля



Нічого незвичайного, класичне компонування, хіба що дросель PFC вносить в картинку деякий елемент дисгармонії. До слова, вимір характеристик і величини пульсацій на виході показало, що наявність цього дроселя приводить лише до того, що блок живлення стає важче і трохи «гуде» при потужності навантаження 250-300 Вт.

Комп'ютерний блок живлення повинен формувати масу напруг великої потужності - 12 В, 5 В, 3.3 В, -5 В, сенс в яких відразу втрачається, як тільки мова заходить про підсилювачі. Крім того, БП містить черговий джерело 5 В, але його краще не чіпати і зберегти в незмінному вигляді - по-перше, він використовується для роботи основного перетворювача, по-друге, можна буде реалізувати включення-виключення підсилювача від зовнішнього управління або просто по появі звукового сигналу на вході підсилювача. Це функція зажадає виготовлення високочутливого детектора з живленням від 5 вольт і навряд чи хто-небудь стане робити цей елемент на початковій стадії виробництва блока, ну хоч можливість така залишиться. Нехай буде, це «безкоштовно».

Після видалення всіх ланцюгів формування вихідних напруг вийшло наступне:

Після видалення всіх ланцюгів формування вихідних напруг вийшло наступне:

Виявилося не так багато місця, тому доопрацювання не повинна містити занадто багато деталей - банально не влізе. Фу ти, ще заклали в вимоги наявність двох вихідних каналів.

Комп'ютерний блок живлення формує два основних виходи: 12 В і 5 В, цим пояснюється наявність всього двох пар вторинних обмоток. Яким способом можна отримати напруга більше, ніж закладено при проектуванні БП?

1. Перемотати трансформатор.
2. Поставити умножитель.
3. Додати другий трансформатор.


Перший варіант зрозумілий і простий в технічному плані. Одне «але», конструкція імпульсного трансформатора не так проста, як може здатися на перший погляд. Існує маса вимог і обмежень, не виконавши яких можна отримати або «вкрай посередній варіант», або, що набагато гірше, неякісну ізоляцію аж до ураження електричним струмом. У трансформаторі первинна обмотка виконана з двох частин. Перша розташована на самому початку, а тому не заважає перемотуванню, а ось друга намотується самої останньої.

Труднощі множаться тим, що між первинною і вторинною обмотками присутній електростатичний екран з мідної стрічки. Щоб здійснити перемотування доведеться акуратно змотати верхню частину первинної обмотки, прибрати екран і вторинні обмотки. Після чого намотати нові вторинні обмотки, відновити екран і первинну обмотку. Природно, між обмотками і екраном повинна бути надійна ізоляція. Справа ускладнюється тим, що трансформатор просочений лаком, а тому його розбирання-збирання заняття «захоплююче» і якість виконання доопрацювання виявиться не дуже хорошим. Втім, якщо у вас руки «прямі» і є бажання спробувати - деякі рекомендації:

  • Число витків обмотки 12 В більшості випадків постійно (сім витків), що визначається не параметрами трансформатора, а єдиним цілим співвідношенням числа витків обмоток 12 В і 5 В (чотири і три). Якщо на сім витків доводиться 12.6 вольт, то на «потрібне» напруга припадає 7 * ( «потрібне» /12.6) число витків, з округленням до найближчого цілого.
  • При видаленні обмоток 12 В і 5 В порахуйте місце, яке вони займали - нова обмотка повинна вміститися в ці ж габарити.
  • При наявності місця краще використовувати провід діаметром 0.8-0.9 мм. Якщо перетину одного проводу недостатньо, то варто збільшувати кількість проводів, а не їх перетин (діаметр)
  • Вкрай акуратно намотуйте екранує виток стрічки (не замикайте початок з кінцем) і ізоляцію під і над ним - основний дефект саморобних трансформаторів полягає в пробої ізоляції або закорачіваніі екрануючої обмотки. Мідна стрічка жорстка з гострою кромкою, легко ріже ізоляцію. У домашніх умовах краще використовувати алюмінієву фольгу - вона значно м'якше і і шансів порізати ізоляцію менше. Крім того, її простіше знайти. На жаль, у такого підходу є невеликий недолік - до алюмінієвої фользі важче під'єднати відведення.

І все ж я б не рекомендував цей варіант переробки для тих, у кого немає досвіду намотування імпульсних трансформаторів. Не варто, може вийти боком. До слова, якщо людина розбирається в питанні, то йому простіше намотати трансформатор повністю «з нуля», по крайней мере, не буде плутатися під ногами цей «лак», та й число витків у всіх обмотках можна буде вибрати оптимальним.

Другий варіант досить складний в реалізації і має низку серйозних недоліків. Приклад такої побудови зображений на малюнку:

  • TV1 - звичайний трансформатор блоку харчування, без яких-небудь доопрацювань.
  • TV1.1 - первинна обмотка.
  • TV1.3 і TV1.4 - обмотки каналу 5 В.
  • TV1.2 і TV1.5 - обмотки, спільно з TV1.3 і TV1.4 формують канал 12 В.

Для аналізу важливим є той факт, що форма імпульсів напруги на виході трансформатора з гладким верхом, а не «синус», «пила» або інші варіації. Пристрій працює наступним чином - на первинній обмотці слідують імпульси напруги прямокутної форми з деякою скважностью. Напруга імпульсів на первинній обмотці становить половину напруги живлення або близько 140 В при номінальній напрузі мережі. На вторинній стороні форма імпульсів зберігається, а амплітуда залежить від числа витків і розподіляється приблизно як 9 В на обмотках «каналу 5 В» (TV1.3 і TV1.4) і 21 В на «каналі 12 В» (TV1.2 + TV1 .3 і TV1.4 + TV1.5).

Припустимо, що в даний момент надходить імпульс позитивної полярності і на верхніх висновках обмоток слід «+». Розставимо напруги в контрольних точках:

  • A = +21 В.
  • B = +9 В.
  • С = -9 В.
  • D = -21 В.

Звідси можна відразу обчислити напругу в струмі «F», воно буде трохи менше ланцюга «B» на величину падіння напруги на діоді D1.

При даній полярності діод D2 закритий, тому напруга в точці «E» буде визначено при протилежної полярності імпульсу.

  • Напруга на конденсаторі C2 = +8.4 - (-21) = 29.4 В.


Змінимо полярність імпульсу, напруги в контрольних точках поміняють знак:

  • A = -21 В.
  • B = -9 В.
  • С = +9 В.
  • D = +21 В.

Полярність змінилася і відкривається діод D2. Напруга в точці «F» стане трохи менше ланцюга «B» або близько +8.4 В.

  • E = +8.4 В.
  • Напруга на конденсаторі C1 = +8.4 - (-21) = 29.4 В.

Схема симетрична, тому напруги конденсаторів повинні бути однаковими. З аналізу попередньої полярності імпульсу випливає, що

  • Напруга в точці «F» зміщено щодо точки «D» на величину напруги конденсатора С2 (29.4 В) і одно +21 + 29.4 = +50.4 В.

Немає сенсу аналізувати аналогічний стан точки «E» при зміні полярності імпульсу, схема симетрична і там буде стільки ж, скільки зараз на точці «F», +50.4 В.

У підсумку, може цікавити тільки «E» і «F», адже з них виходить вихідна напруга. Зберемо значення в цих точках в таблицю. Втім, забув ще один стан, «пауза» імпульсу від ШІМ-регулювання. Цей випадок дуже простий, на всіх обмотках нульове напруга і в точках «E» і «F» виходить один і той же напруга +29.4 В, збережене в конденсаторах. (При аналізі не враховувалася кінцева ємність конденсаторів і непрямокутної форми імпульсів).

Імпульс: «E» «F» Позитивний +50.4 В +8.4 В Негативний +8.4 В +50.4 В Пауза +29.4 В +29.4 В

Випрямна збірка D3 «вибирає» найбільшу напругу з двох входів ( «E» і «F»). Це означає, що на вході дроселя L6 йтимуть імпульси амплітудою 50 В з паузою 8 В. При скважности ШІМ 70% на виході сформується напруга приблизно 37 вольт.

Все сказане відносилося до отримання підвищеної напруги позитивної полярності. Якщо необхідно сформувати і негативний вихід, то схему слід «подвоїти» - додати конденсатори C1, С2 і C3, діоди D1 та D2, пару діодів в збірку D3 і намотати другу обмотку на вихідному дроселі. Не забудьте змінити полярність конденсаторів і діодів.

У подібного рішення тільки одна перевага - не доведеться щось робити з трансформатором. Втім, є ще одне - незначне, девіація напруги на вихідному дроселі невеликої амплітуди, тому розміри дроселя і його індуктивність можуть бути зниженою величини. Фактично, можна використовувати стару обмотку каналу 12 В.

Недоліків більше і вони серйозні:

  • Весь імпульсний струм протікає через що підвищують конденсатори С1 і С2.
  • Дуже великий струм заряду конденсаторів в початковий момент часу. Крім зниження терміну служби конденсаторів, висока величина струму може викликати спрацьовування загального захисту блоку живлення і він відключиться.
  • Низький діапазон регулювання вихідної напруги.
  • Неможливо отримати більше одного каналу зі стабілізацією вихідної напруги. Виходи «+37 В» і «-37 В» виходять за вищенаведеною схемою, а ось звичайні «+/- 12 В» доведеться формувати на окремому дроселі при підвищеному рівні пульсацій з частотою мережі і низькою стабільністю.


Основний недолік схемного рішення - весь струм протікає через конденсатори С1 і С2. Досить просто знайти конденсатори з відповідною ємністю або ESR, але ось величина імпульсного струму у них виявиться низька. Щоб не бути голослівним, підберемо відповідний конденсатор для розглянутого блоку живлення підсилювача (вихідна напруга відповідає заданим умовам, величина струму до 10 А).

Раніше я посилався на конденсатори загального застосування фірми Jamicon серії LP , Подивимося, що є в даному виконанні - 2200 мкФ 50 В. Максимальний струм 2 ампера. Зовсім не підходить, конденсатор вийде з ладу через тиждень роботи підсилювача. Переходимо до серйозних серіям, «Low ESR». Наприклад, серія WL :

Номінал Діаметр, мм Висота, мм ESR, мОм Макс. ток, А 2200 мкФ 35 В 16 (18) 32 (25) 40 3.8 (3.5) 1500 мкФ 50 В 16 (18) 36 (32) 51 4 (3.9) 1000 мкФ 35 В 13 (18) 25 (15) 70 2.5 (2.1) 1000 мкФ 50 В 13 (18) 40 (20) 70 3.4 (2.8) 680 мкФ 35 В 10 (16) 28 (15) 103 (86) 2 (1.7) 680 мкФ 50 В 13 (16) 30 (20) 86 2.6 (2.3)

В круглих дужках вказується характеристики альтернативного варіанту виконання корпусу конденсатора.

Хочеться відзначити цікавий момент, для конденсатора «680 мкФ 35 В» перше виконання, в порівнянні з другим, несе меншу внутрішній опір і максимальний струм, зазвичай відбувається зворотне - зниження ESR підвищує величину струму. Мабуть, причина в різній площі поверхні корпусу.


Якщо дивитися на ESR, то все конденсатори цілком влаштовують. Ну, скільки може "впасти" на опорі 40-90 мОм при струмі 3-8 ампер? Дрібниця. Блок живлення працювати буде. Ось так і з'являються «китайські» вироби. До слова, в Китаї виробляється маса якісної продукції, це місцеві фарцовщики закуповують мотлох, звідси й походить недовіра до китайської продукції ... причому даремно.

Ну ладно, збираємо для себе, тому робити погано не будемо. Конденсатор повинен витримувати струм не менше 10/2 = 5 А в довгостроковому режимі і на одному конденсаторі отримати таку характеристику не вдасться. Залишається варіант з установкою пари або трійки конденсаторів паралельно. Два конденсатора «1000 мкФ 35 В» забезпечать ток до 5 (4.2) ампера, що замало. Можна взяти конденсатори того ж номіналу, але трохи більшого напруження «1000 мкФ 50 В», граничний струм складе величину 6.4 (5.6) ампера.

З урахуванням кінцевої індуктивності вихідного дроселя цей варіант може влаштувати, але не особливо добре. Перейдемо до потроєння конденсаторів, «680 мкФ 35 В» забезпечить ток до 6 (5.1) А, або «680 мкФ 50 В» 7.8 (6.9) А. Останній варіант виглядає вже веселіше, блок живлення зможе працювати досить довго.

В результаті виходить, що в блок живлення доведеться встановити 3 * 2 * 2 = 12 конденсаторів «680 мкФ 50 В», вийде не саме компактний пристрій, а місце в БП обмежена.

Схема моделювалася, але практично не випробовувалася, оскільки не лежить у мене душа до таких рішень. Цей варіант доопрацювання дається на ваш страх і ризик.

Гм, а що саме стане предметом розгляду?
Яким способом можна отримати напруга більше, ніж закладено при проектуванні БП?
Ну, скільки може "впасти" на опорі 40-90 мОм при струмі 3-8 ампер?
Главное меню
Реклама

Архив новостей
Права на автомат и на механику: отличия в 2018 году
В 2017 году национальное водительское удостоверение Российской федерации привели в соответствие с Венской Конвенцией «О дорожном движении». В документе появились дополнительные подкатегории транспортных

Коробка передач автомобиля ГАЗ-66
Строительные машины и оборудование, справочник К атегория:     Устройство автомобиля Коробка передач четырехступенчатая, с синхронизатором на 3—4-й передачах. Передаточные отношения

Вариатор (вариаторная коробка передач): что это такое, принцип работы. Подробно + видео
У меня много статей про автоматические коробки передач (особенно сильно я люблю обычную АКПП). Однако второй по распространению я считаю вариатор или CVT, достаточно много автомобилей выпускается именно

Устройство АКПП: принцип работы и схема автоматической коробки
Что такое АКПП? Автоматическая Коробка Переключения Передач (АКПП) – вид трансмиссии в машине, в котором переключение скоростей осуществляется за счет электроники, не требуя внимания водителя.

Как правильно пользоваться коробкой автомат (АКПП)
Содержание статьи На сегодняшний день большинство водителей не представляет как бы они ездили на автомобиле, который не имеет автоматической коробки передач. Некоторые новички, приходят в ужас от одной

Автоматическая коробка передач (АКПП): что это такое, устройство и принцип работы для чайников
Двигатели внутреннего сгорания не способны обеспечить движение автомобиля в разных режимах без специальных устройств, изменяющих частоту вращения коленчатого вала. На части транспортных средств для этого

Как пользоваться автоматической коробкой передач?
Уважаемые автомобилисты! Прежде, чем мы с вами рассмотрим основные положения, как управлять автоматической коробкой передач, давайте поймем, что это такое. Нет, мы не станем углубляться в процессы, происходящие

Как пользоваться коробкой автомат АКПП (видео)
Как водит на автомате? Таким вопросом задается практически каждый человек, который раньше ездил на механической коробке, а теперь собирается приобрести автомобиль на автомате. Опасения на счет поломок

Какую автоматическую коробку передач выбрать (какие бывают коробки автомат): роботизированные, вариатор, гидротрансформатор
Более правильным называнием было бы — механическая КПП с автоматическим сцеплением, поскольку с «автоматом» её роднит только количество педалей. «Робот» полностью повторяет схему работы обычной механической

Mercedes-Benz переходит на 9 ступенчатую коробку-автомат
Немецкий автоконцерн Daimler начал оснащать Mercedes-Benz 9-ступенчатой автоматической трансмиссией. «Автомат», получивший название 9G-Tronic, уже используется в серийном Mercedes E350 BlueTec. Пока эта

Реклама

© 2013 mexpola.h1a25414f