Комп'ютерний блок живлення забезпечує безліч вихідних напруг і зобов'язаний контролювати їх знаходження в заданих рамках. При надмірно заниженому або завищеному напрузі повинна спрацьовувати захист і відключати блок живлення. В даному БП немає такого «звіринця» (він інший) і спроба включення призведе до негайного виключення - в схемі відсутні напруги +5 В і 3.3 В. Взагалі-то, їх можна було і зберегти, але це б зменшило місце, якого і так не вистачає. Що ж, доведеться обманювати контролер і симулювати відсутні напруги.
У блоці живлення FSP ATX-300GTF керуючої мікросхемою є FSP3528. Документації на неї не так вже й багато, скоріше - відсутній повністю. За призначенням висновків і керуючим сигналам близьким (але не повним!) Аналогом можна назвати KA3511 . Як відмінностей відразу помічається інший коефіцієнт ділення сигналу OVP12, а саме туди збиралися «лізти». Доведеться шукати альтернативні варіанти і в цьому може допомогти форум сайту rom.by , З якого була стягнута приблизна трасування контролера на мікросхемі FSP3528:
При доопрацюванні силова частина залишається без змін, а ось зворотний зв'язок і захист від перевищення / зниження треба коригувати. Почнемо з останнього, зазвичай вузол перевірки в мікросхемі має таку структуру (взято з опису на мікросхему KA3511):
Якщо будь-яка вихідна напруга вище порога, то спрацьовує компаратор OVP і БП вимикається. При надмірно низької напруги на виході компаратора UVP встановлюється 0, що закриває транзистор і дозволяє заряджати зовнішньому конденсатору Tuvp (через висновок 17). Коли конденсатор зарядиться до напруги 1.8 В на виході встановиться високий рівень, що заблокує сигнал ШІМ і призведе до відключення блоку живлення.
Доопрацювання можна зробити двома способами - або сформувати зразкові напруги 12 В, 5 В і 3.3 В резистивним делителями. Або другий варіант - наплювати на все це непотрібне дійство і просто подати 0 вольт на входи V12, V5 і V3.3. При цьому спрацює захист UVP, але вона блокується замиканням виводу 17 на землю - схема захисту буде чекати сигналу виключення «ну дуже довго». Це рішення добре тим, що вихідна напруга може бути будь-яким, навіть регульованим (підстроюваним), при цьому контроль напруги не буде «плутатися під ногами». Втім, якщо потрібен контроль за перевищенням, одно-два напруги можна подати на схему OVP.
Ну що, матчасть вивчили, можна переходити на FSP3528. І відразу слід подарунок - в цьому контролері відсутня вузол UVP і немає ніякої потреби щось робити з контрольними входами, досить просто їх від'єднати від іншої частини схеми (або замкнути на землю).
Наступний крок - перебудова ланцюга стабілізації. Судячи зі схеми FSP ATX-300GTF, контролер стабілізує вихідну напругу за трьома напруженням: 12, 5 і 3.3. Я частково розумію, як в цей список затесалися 12 В і 5 В, але при чому тут 3.3? Сенс вислизає. Втім, це «їх справа», в зміненому блоці живлення ланцюг зворотного зв'язку буде перероблена і всі ці «надмірності» заберуться.
У першому варіанті зворотний зв'язок бралася з виходів «+40 В» і «+12 В» через два однакових резистора 10 кОм на змінний резистор. У схему встановлювався додатковий резистор 430 Ом між цією точкою і землею. Для довідки, Vref = 1.25 В. Вихідна напруга регулювалося в межах + 11 ... + 16 В (по виходу «+12 В»), інші виходи змінювалося пропорційно.
Доопрацьований блок живлення показав наступні результати:
струм навантаження
каналів, А Напруга
виходу +12 В, В Напруга
виходу -12 В, В Напруга
виходу +40 В, В Напруга
виходу -40 В, В Холостий хід 11.60 -11.66 40.90 -40.88 «+40 В» 1 А 12.48 -12.56 40.01 -44.79 «+40 В» 2 А 12.58 -12.75 39.82 -46.17 «-40 В» 1 А 11.50 -11.50 40.93 -36.88 «-40 В» 2 А 11.36 -11.22 41.11 -35.40 «+12 В» 1 А 11.11 -11.57 41.45 -41.50 «+12 В» 2 А 10.92 -11.58 41.62 -42.09 «-12 В» 1 А 11.35 -10.60 41.19 -41.37 «-12 В» 2 А 11.25 -10.16 41.23 -41.30 «+40 В» 4 А 13.09 -13.24 39.47 -46.71 «-40 В» 4 А 11.15 -10.71 41.41 -32.23
Досить важко уявити чисельні дані у вигляді якісних характеристик, спробуємо представити результати графічно. Якщо просто перенести отримані цифри на графіки, то позитивні і негативні напруги «розійдуться» в різні боки, і якісне порівняння виконати не вийде. Спробуємо інакше, перерахуємо всі значення до 100%, а для негативних величин візьмемо модуль - в результаті всі чотири графіка будуть проходити поруч, що і потрібно.
Навантажувальні характеристики знімалися тільки до чотирьох ампер, подальше підвищення струму було безглуздим - вихід «-40 В» вийшов за поріг «-25%»:
Кольори графіків:
- Темно червоний, +40 В.
- Темно зелений, -40 В.
- Сірий, +12 В.
- Синій, -12 В.
М-да. Досить наочно видно недоліки стабілізації тільки позитивних напруг - система практично «не бачить» збільшення споживання по негативним виходів, в результаті чого їх напруга сильно знижується. Подивіться на два останні рядки - канал «+40 В» підтримується близько 40 вольт, при цьому «-40 В» витворяє щось незрозуміле. Доведеться вводити в ланцюг стабілізації і негативні виходи. Втім, канал «+/- 12 В» мені не потрібен, тому досить додати тільки «-40 В».
Крім зниженою стабільності негативних напруг є ще одна біда - рівень пульсацій з частотою мережі. З пульсаціями і перешкодами перетворення все просто - конденсатор побільше, а потім ще LC фільтр і проблема йде. А ось низькочастотні пульсації виникають через непрацездатність зворотного зв'язку. Чому б? Нестабільність з частотою мережі діють на всі виходи, значить вони повинні бути присутніми і на позитивних виходах, охоплених зворотним зв'язком, яка здатна все усунути. На жаль, на виходах встановлені конденсатори відчутною ємності і струм навантаження дуже низький.
В результаті конденсатори заряджаються на піках низькочастотних пульсацій і практично не змінюють своє напруження протягом періоду пульсації. А значить, напруга на ненавантажених виходах пульсацій не містить і зворотний зв'язок «не бачить» ніякої зміни, а тому не може їх усунути. Наприклад, при навантаженні тільки виходу «-12 В» струмом 2 А сильно знижується не тільки його напруга (-10.16 В), а й дико ростуть пульсації з частотою мережі, до 1.5 вольт. Якщо ж створити струм навантаження, достатньої для розряду накопичувальних конденсаторів каналів зі зворотним зв'язком ( «+12 В» або «+40 В»), то вихід «-12 В» приходить в норму, величина пульсацій знижується до 50 мВ.
Отже, проблеми дві - розширити зворотний зв'язок, додавши в неї вихід «-40 В», і як-небудь ввести зворотний зв'язок по змінному сигналу для того ж виходу «-40 В».
На схемі червоними і зеленими хрестиками відзначені елементи і траси, які слід видалити. У лівому верхньому кутку додана схема зворотного зв'язку блоку живлення. Через резистор 22 кОм і ланцюжок 2.2 кОм + 0.1 мкФ підключається вихід «+40 В», через резистор 10 кОм «+12 В», на інших елементах реалізована схема інвертування струму з негативного виходу «-40 В». Додаткова ланцюг з 47 кому і 0.1 мкФ зменшує рівень пульсацій по виходу «-40 В», що зображено у верхній правій частині малюнка.
Після доопрацювання блок живлення показав наступні характеристики:
струм навантаження
каналів, А Напруга
виходу +12 В, В Напруга
виходу -12 В, В Напруга
виходу +40 В, В Напруга
виходу -40 В, В Холостий хід 11.83 -11.89 40.79 -40.59 «+40 В» 1 А 12.09 -12.20 38.78 -42.26 «+40 В» 2 А 12.18 -12.34 38.54 -42.26 «+40 В» 4 А 12.60 -12.83 37.91 -41.90 «-40 В» 1 А 12.04 -12.05 41.98 -38.54 «-40 В» 2 А 12.24 -12.15 41.84 -38.21 «-40 В» 4 А 12.79 -12.59 41.38 -37.40 «+12 В» 1 А 11.47 -11.87 41.08 -40.89 «+12 В» 2 А 11.26 -11.80 41.22 -41.20 «-12 В» 1 А 11.76 -11.47 40.79 -40.63 «-12 В» 2 А 11.79 -10.78 40.92 -40.34 «+40 В» 5 А 12.95 -13.11 37.44 -41.53 «-40 В» 5 А 13.11 -12.95 41.11 -36.91 «+40 В» 4 А, «-40 В» 1 А 13.29 -13.37 38.10 -40.01 «+40 В» 10 А 14.90 - 15.02 35.15 -39.65 «-40 В» 10 А 14.71 -14.77 40.19 -34.37
Рівень низькочастотних пульсацій не перевищував 50 мВ. А високочастотних? Про них слід поговорити окремо.
Навантажувальні характеристики виглядають наступним чином:
Блок живлення відповідає необхідним специфікаціям за всіма пунктами, окрім одного - другий канал повинен бути на +/- 20 В, а вийшло +/- 12 В. Для тих цілей, куди піде цей блок живлення, напруга додаткового каналу не суттєво, тому на порушення цього пункту я просто «закрив очі». Якщо вам потрібно отримати іншу напругу, більше +/- 12 В, то треба вчинити так само, як вчинили з основним каналом «+/- 40 В» - використовувати обмотку на другому трансформаторі для підвищення рівня вихідної напруги. Наприклад, для отримання +/- 20 В потрібно виконати наступні кроки:
1. На кожній вторинної обмотці додаткового трансформатора слід зробити відведення. Фактично, доведеться мотати дві обмотки замість однієї, двома провідниками, місце на каркасі є.
2. Отримання 20 В якій додано 8 В до колишнім в наявності 12 В. На шість витків первинної обмотки доп. трансформатора доводиться 11 вольт, значить на 8 вольт потрібно 8 * 6/11 = 4.3 (чотири витка).
3. Число витків вторинної обмотки становило п'ятнадцять, тепер вона розбивається на дві нерівні частини - чотири і одинадцять витків.
4. Не менше обмотці (чотири витка) тече струм навантаження каналів «+/- 40 В» і «+/- 20 В», тому варто обміркувати питання про товщину використовуваного дроти. Якщо підвищення струму не настільки велика, підсилювачі НЧ і СЧ-ВЧ смуг підсилювача рідко працюють одночасно, то можна залишити той же провід, що використовується для всієї обмотки. Якщо ж рівень струму може виявитися значно більше в довгостроковому плані, то краще подвоїти кількість провідників цієї обмотки.
5 .Последовательность намотування може відрізнятися, адже вся обмотка може не вміститися на каркасі в один шар, але все однотипні обмотки повинні бути зі строго однаковим числом витків. Виконати цю вимогу не важко, просто треба бути акуратним.
Напевно, схему з модифікованим виходом «+/- 20 В» малювати немає потреби - якщо ви розібралися з принципом отримання «+/- 40 В», то тут використовується точно такий же прийом.
Перешкоди з частотою перетворювача - бич імпульсних блоків живлення. Одного разу виникнувши, вони поширюються по всьому ланцюгах і погіршують роботу пристроїв. Найбільше від цього страждають різного виду приймачі аналогового сигналу, особливо з провідним з'єднанням без електричної ізоляції. На жаль, «підсилювач» володіє всіма цими «достоїнствами», тому проблема ВЧ перешкод стоїть дуже гостро. Розглянемо спрощену топологію імпульсного перетворювача класу «напівміст»:
Напруга мережі 220 вольт випрямляється доданими мостом UZ1, згладжується конденсатором С1 і далі подається на перетворювач. З нього намальовані тільки ключові транзистори, інші елементи не впливають на рівень перешкод. Транзистори Q1 і Q2 замикаються поперемінно, що створює ШІМ напруга на виході. Конденсатор С2 знімає постійну складову, а змінний сигнал пропускає без ослаблення. З точки зору виникнення перешкод його можна подумки «закоротити» і взагалі-то, я даремно його намалював, просто не зміг придушити звичку не робити непрацездатних рішень, навіть в умовному вигляді.
Напруга на первинній обмотці трансформатора (висновки 6-4) - складної форми з дуже «різкими» фронтами амплітудою +/- 150 вольт (+/- половина напруги живлення). Щоб була хоч якась конкретика, припустимо, що напруга ШІМ формується зі шпаруватістю 70% і на виході стабілізується напруга 12 вольт. Це означає, що на кожній вторинної обмотці слід імпульсна напруга амплітудою +/- 20 вольт.
Основне джерело перешкод - ємнісний зв'язок між обмотками. На первинну обмотку подається велика напруга з різкими фронтами, обмотки намотані дуже щільно, між ними досить велика ємність. Як наслідок, фронти чудово проходять через паразитне межобмоточную ємність і потрапляють на вторинні обмотки. Тут добре б згадати, що між первинною і вторинною обмотками прокладають ємнісний екран, який усуває проблему. На жаль, повної ізоляції домогтися не вдається, хоч і невелика, але частина обмоток «бачить» один одного. Це означає малу величину прохідний ємності, але напруга-то залишилося колишнім, +/- 150 вольт, та ще з різкими фронтами.
Я зовсім не випадково наполегливо повторюю про фронти - чим різкіше змінюється амплітуда сигналу, тим більше його спектр. «Маленька» межобмоточная ємність погано проводить основну частоту перетворювача, але «фронти» - зовсім інше, на них виходить дуже висока частота, одиниці мегагерц, і вона добре проходить навіть через «маленьку» межобмоточную ємність. Тому на вихідних напругах видно перешкоди не у вигляді частоти перетворення (40-80 кГц), а саме «палиці», сплеск ВЧ коливань в моменти фронтів перемикання транзисторів.
Яким же способом можна зменшити ВЧ перешкоди? Екран вже зроблений і ефективність його роботи досить висока ... але цього мало. Поставити фільтр на виході блоку живлення? Хороша думка, так часто роблять і це ефективний захід. В даному блоці живлення щось схоже обов'язково варто виконати, пропустивши вихідні дроти БП через ферритові кільце, але це все засоби боротьби з наслідками, а не з самою хворобою.
Залишається одне - поставити конденсатор невеликої ємності між загальними проводами первинної і вторинної сторін. Перешкода наводиться між цими ланцюгами, значить конденсатор їх «придушить». Прийом старий і давно використовується, але у нього є недолік, що обмежує повсюдне застосування - на «загальному» дроті мережевий частини схеми досить «брудно», великий рівень перешкод. Пов'язано це з тим, що транзистори коммутируют велику потужність з низьким часом перемикання, що виробляє високий рівень ВЧ перешкод в ланцюгах харчування.
Установка конденсатора між «землями» мережевий і вихідний частинами знижує рівень перешкод в трансформаторі, але додає перешкоди від ланцюгів харчування транзисторів. Зазвичай, використовують конденсатор 470 пФ - 4.7 нФ (в залежності від величини активної межобмоточной ємності) з робочим напругою не нижче 3000 вольт. Я застосував звичайний «Y» конденсатор ємністю 2.2 нФ. Ефективність придушення перешкод можна подивитися по току витоку між «земляними» ланцюгами мережевий і вихідний частин пристрою, для чого між ними встановлюється резистор 1 кОм і вимірюється напруга. Оригінальний варіант розташовується зліва, після додавання конденсатора справа:
Наочно видно, що рівень перешкод зменшився в кілька разів. Але кому цікаві якісь струми витоку? Погляньмо, що зміниться на виході блоку живлення.
Зліва осциллограмма до установки конденсатора, праворуч - після:
Картинки зняті для потужності навантаження 40 Вт. І тут так само відмінності видно неозброєним поглядом. Додавання конденсатора усунуло «високочастотний шум», який виробляв основна шкода. Решта «палиці» спокійно прибираються LC фільтром на платі підсилювача і проблем не викликають.
Не варто намагатися отримати особливо низький рівень перешкод в самому блоці живлення - там явно недостатньо місця для нормальної трасування ланцюга «земля», та й компактне розміщення силових елементів створює умови для поширення перешкод через випромінювання. Не дарма ж мережеві блоки живлення виготовляють у вигляді окремих пристроїв в металевому корпусі.
Після всіх доопрацювань і змін вийшов такий блок живлення:
Його переробка пройшла без особливих ускладнень і згорілих транзисторів, що рідкість для імпульсних БП. Головне - будьте обережні і не видалите щось зайве, особливо це стосується ланцюгів чергового джерела. Спеціально ККД не вимірювався, при навантаженні в 200 Вт він знаходиться в районі 86 відсотків. Цікаво, що до доопрацювання БП показував ККД 76 відсотків, але при цьому основне навантаження створювалася по виходу 12 В. Що ж, додатковий трансформатор не сильно погіршує роботу блоку живлення, і це радує.
Що до самого БП, то при навантаженні 100 Вт в ньому відсутні елементи гаряче 40 градусів. У блоці живлення встановлений вентилятор з терморегулятором, при низькому навантаженні швидкість його обертання є вкрай низькою і вироблений рівень шуму незначний. Можна було б прибрати його зовсім, але конструкція радіаторів погано підходить для охолодження природною конвекцією. Крім того, ККД підсилювача аж ніяк не 100% і в ньому теж буде присутній радіатор. А значить, вентилятор може виявитися вельми корисним - навіть при невеликому охолодженні ефективність роботи радіатора підсилювача підвищується і його можна зробити менших розмірів.
Блок живлення цілком можна зробити самостійно, але, як і будь-яку справу, до цього процесу треба підходити відповідально. При уявній простоті БП - досить складний пристрій, не прощає помилок або рішень «і так зійде». «Чи зійде», але не довго, і з феєрверком. Робіть старанно і вдумливо, у вас все вийде.
Serj
Чому б?А високочастотних?
Яким же способом можна зменшити ВЧ перешкоди?
Поставити фільтр на виході блоку живлення?
Але кому цікаві якісь струми витоку?
