У комп'ютерного блоку живлення, поряд з такими перевагами, як малі габарити і вага при потужності від 250 Вт і вище, є один суттєвий недолік - відключення при перевантаженні по струму. Цей недолік не дозволяє використовувати БП в якості зарядного пристрою для автомобільного акумулятора, оскільки у останнього в початковий момент часу зарядний струм досягає декількох десятків ампер. Додавання в БП схеми обмеження струму дозволить уникнути його відключення навіть при короткому замиканні в ланцюгах навантаження.
Зарядка акумулятора автомобіля відбувається при постійній напрузі. При цьому методі протягом усього часу заряду напруга зарядного пристрою залишається постійним. Заряд акумулятора таким методом в ряді випадків кращий, тому що він забезпечує більш швидке доведення батареї до стану, що дозволяє забезпечити запуск двигуна. Що повідомляється на початковому етапі заряду енергія витрачається переважно на основний зарядний процес, тобто на відновлення активної маси електродів. Сила зарядного струму в початковий момент може досягати 1,5с, однак для справних, але виряджених автомобільних акумуляторів такі струми не принесуть шкідливих наслідків, а найбільш поширені БП ATX потужністю 300 - 350 Вт не в змозі без наслідків для себе віддати струм більше 16 - 20А .
Максимальний (початковий) зарядний струм залежить від моделі використовуваного БП, мінімальний струм обмеження 0,5А. Напруга холостого ходу регулюється і для заряду стартёрного акумулятора може зайняти 14 ... 14,5В.
Спочатку необхідно доопрацювати сам БП, відключивши в нього захисту по перевищенню напруги +3,3, +5 В, +12 В, -12В, а також видаливши невикористовувані для зарядного пристрою компоненти.
Для виготовлення ЗУ обраний БП моделі FSP ATX-300PAF. Схема вторинних ланцюгів БП малювалася по платі, і незважаючи на ретельну перевірку, незначні помилки, на жаль, не виключені.
На малюнку нижче представлена схема вже доопрацьованого БП.
Для зручної роботи з платою БП остання витягується з корпусу, з неї Випоюють всі дроти ланцюгів харчування + 3,3V, + 5V, + 12V, -12V, GND, + 5Vsb, провід зворотного зв'язку + 3,3Vs, сигнальна ланцюг PG, ланцюг включення БП PSON, харчування вентилятора + 12V. Замість дроселя пасивної корекції коефіцієнта потужності (встановлений на кришці БП) тимчасово упаюється перемичка, дроти живлення
220V, що йдуть від вимикача на задній стінці БП, Випоюють з плати, напруга буде подаватися мережевим шнуром.
В першу чергу деактивувавши ланцюг PSON для включення БП відразу після подачі напруги. Для цього замість елементів R49, C28 встановлюємо перемички. Прибираємо все елементи ключа, що подає харчування на трансформатор гальванічної розв'язки Т2, керуючого силовими транзисторами Q1, Q2 (на схемі не показані), а саме R41, R51, R58, R60, Q6, Q7, D16. На платі БП контактні площадки колектора і емітера транзистора Q6 з'єднуються перемичкою.
Після цього подаємо
220V на БП, переконуємося в його включенні і нормальній роботі.
Далі відключаємо контроль ланцюга харчування -12V. Видаляємо з плати елементи R22, R23, C50, D12. Діод D12 знаходиться під дроселем групової стабілізації L1, і його витяг без демонтажу останнього (про переробку дроселя буде написано нижче) неможливо, але це і не обов'язково.
Видаляємо елементи R69, R70, C27 сигнального ланцюга PG.
Включаємо БП, переконуємося в його працездатності.
На друкованій платі вирізається провідник, що з'єднує вив.14 з ланцюгом + 5V (елементи L2, C18, R20).
Випоюють елементи L2, C17, C18, R20.
Включаємо БП, переконуємося в його працездатності.
Відключаємо захист по перевищенню напруги +3,3. Для цього на друкованій платі вирізаємо провідник, що з'єднує вив.13 FSP3528 з ланцюгом + 3,3V (R29, R33, C24, L5).
Видаляємо з плати БП елементи випрямляча і магнітного стабілізатора L9, L6, L5, BD2, D15, D25, U5, Q5, R27, R31, R28, R29, R33, VR2, C22, C25, C23, C24, а також елементи ланцюга ООС R35, R77, C26. Після цього додаємо дільник з резисторів 910 Ом і 1,8 кОм, яка формує з джерела + 5Vsb напруга 3,3 В. Середня точка подільника підключається до вив.13 FSP3528, висновок резистора 931 Ом (підійде резистор 910 Ом) - до ланцюга + 5Vsb, а висновок резистора 1,8 кОм - до «землі» (вив. 17 FSP3528).
Далі, не перевіряючи працездатність БП, відключаємо захист по ланцюгу +12. Відпаюємо чіп-резистор R12. У контактній площадці R12, з'єднаної з вив. 15 FSP3528 сверлится отвір 0,8 мм. Замість резистора R12 додається опір, що складається з послідовно з'єднаних резисторів номіналу 100 Ом і 1,8 кОм. Один висновок опору приєднується до ланцюга + 5Vsb, інший - до ланцюга R67, вив. 15 FSP3528.
Відпаюємо елементи ланцюга ООС + 5V R36, C47.
Після видалення ООС по ланцюгах + 3,3V і + 5V необхідно перерахувати номінал резистора ООС ланцюзі + 12V R34. Опорна напруга підсилювача помилки FSP3528 одно 1,25В, при середньому положенні регулятора змінного резистора VR1 його опір складає 250 Ом. При напрузі на виході БП в + 14В, отримуємо: R34 = (U вих / Uоп - 1) * (VR1 + R40) = 17,85 кОм, де U вих, В - вихідна напруга БП, Uоп, В - опорна напруга підсилювача помилки FSP3528 (1,25В), VR1 - опір підлаштування резистора, Ом, R40 - опір резистора, Ом. Номінал R34 округляємо до 18 кОм. Встановлюємо на плату.
Конденсатор C13 3300х16В бажано замінити на конденсатор 3300х25В і такий же додати на місце, що звільнилося від C24, щоб розділити між ними струми пульсацій. Плюсової висновок С24 через дросель (або перемичку) з'єднується з ланцюгом + 12V1, напруга + 14В знімається з контактних площадок + 3,3V.
Включаємо БП, підстроюванням VR1 встановлюємо на виході напруга + 14В.
Після всіх внесених в БП змін переходимо до обмежувача. Схема обмежувача струму представлена нижче.
Резистори R1, R2, R4 ... R6, з'єднані паралельно, утворюють струмовимірювальні шунт опором 0,01 Ом. Струм, що протікає в навантаженні, викликає на ньому падіння напруги, яке ОУ DA1.1 порівнює з опорною напругою, встановленим підлаштування резистором R8. Як джерело опорного напруги використовується стабілізатор DA2 з вихідним напругою 1,25В. Резистор R10 обмежує максимальне напруга, що подається на підсилювач помилки до рівня 150 мВ, а значить, максимальний струм навантаження до 15А. Струм обмеження можна розрахувати за формулою I = Ur / 0,01, де Ur, В - напруга на движку R8, 0,01 Ом - опір шунта. Схема обмеження струму працює таким чином.
Вихід підсилювача помилки DA1.1 приєднаний з висновком резистора R40 на платі БП. До тих пір, поки допустимий струм навантаження менше встановленого резистором R8, напруга на виході ОУ DA1.1 дорівнює нулю. БП працює в штатному режимі, і його вихідна напруга визначається виразом: U вих = ((R34 / (VR1 + R40)) + 1) * Uоп. Однак, у міру того, як напруга на вимірювальному шунт через зростання струму навантаження збільшується, напруга на вив.3 DA1.1 прагне до напруги на вив.2, що призводить до зростання напруги на виході ОУ. Вихідна напруга БП починає визначатися вже іншим виразом: U вих = ((R34 / (VR1 + R40)) + 1) * (Uоп-Uош), де Uош, В - напруга на виході підсилювача помилки DA1.1. Іншими словами, вихідна напруга БП починає зменшуватися до тих пір, поки струм, що протікає в навантаженні, не стане трохи менше встановленого струму обмеження. Стан рівноваги (обмеження струму) можна записати так: Uш / Rш = (((R34 / (VR1 + R40)) + 1) * (Uоп-Uош)) / Rн, де Rш, Ом - опір шунта, Uш, В - напруга падіння на шунт, Rн, Ом - опір навантаження.
ОУ DA1.2 використовується в якості компаратора, сигналізуючи за допомогою світлодіода HL1 про включення режиму обмеження струму.
Друкована плата (під "праска") і схема розташування елементів обмежувача струму зображена на малюнках нижче.
Кілька слів про деталі і їх заміні. Електролітичні конденсатори, встановлені на платі БП FSP, має сенс замінити на нові. В першу чергу в ланцюгах випрямляча чергового джерела живлення + 5Vsb, це С41 2200х10V і С45 1000х10V. Не забуваємо про форсують конденсаторах в базових ланцюгах силових транзисторів Q1 і Q2 - 2,2х50V (на схемі не показані). Якщо є можливість, конденсатори випрямляча 220В (560х200V) краще замінити на нові, більшої місткості. Конденсатори вихідного випрямляча 3300х25V повинні бути обов'язково з низьким ЕПС - серії WL або WG, в іншому випадку вони швидко вийдуть з ладу. В крайньому випадку, можна поставити б / у конденсатори цих серій на меншу напругу - 16В.
Прецизійний ОУ DA1 AD823AN «rail-to-rail» як не можна до речі підходить до даної схемою. Однак його можна замінити на порядок дешевшим ОУ LM358N. При цьому стабільність вихідної напруги БП буде дещо гірше, також доведеться підбирати номінал резистора R34 в меншу сторону, оскільки у цього ОУ мінімальна вихідна напруга замість нуля (0,04В, якщо бути точним) 0,65В.
Максимальна сумарна потужність, що розсіюється струмовимірювальних резисторів R1, R2, R4 ... R6 KNP-100 дорівнює 10 Вт. На практиці краще обмежитися 5 ват - навіть при 50% від максимальної потужності їх нагрівання перевищує 100 градусів.
Діодні збірки BD4, BD5 U20C20, якщо їх дійсно варто 2шт. змінювати на що-небудь більш потужне не має сенсу, обіцяні виробником БП 16А вони тримають добре. Але буває так, що в дійсності встановлена тільки одна, і в цьому випадку необхідно або обмежитися максимальним струмом в 7А, або додати другу збірку.
Випробування БП струмом 14А показало, що вже через 3 хвилини температура обмотки дроселя L1 перевищує 100 градусів. Довготривала безвідмовна робота в такому режимі викликає серйозний сумнів. Тому, якщо мається на увазі навантажувати БП струмом понад 6-7А, дросель краще переробити.
У заводському виконанні обмотка дроселя +12 намотана одножильним проводом діаметром 1,3 мм. Частота ШІМ - 42 кГц, при ній глибина проникнення струму в мідь становить близько 0,33 мм. Через скін-ефекту на даній частоті ефективний перетин проводу становить вже не 1,32 мм 2. а тільки 1 мм 2. що недостатньо для струму в 16А. Іншими словами, просте збільшення діаметра дроту для отримання більшого перетину, а отже, зменшення щільності струму в провіднику неефективно для цього діапазону частот. Наприклад, для дроту діаметром 2 мм ефективний перетин на частоті 40 кГц тільки 1,73мм 2. а не 3,14 мм 2. як очікувалося. Для ефективного використання міді намотаємо обмотку дроселя літцендратом. Літцендрата виготовимо з 11 відрізків емальованого дроту довжиною 1,2 м і діаметром 0,5 мм. Діаметр дроту може бути і іншим, головне, щоб він був менше подвоєної глибини проникнення струму в мідь - в цьому випадку переріз проводу буде використано на 100%. Провід складаються в «пучок» і скручуються за допомогою дриля або шуруповерта, після чого джгут протягується в термоусадочну трубку діаметром 2 мм і обжимается за допомогою газового пальника.
Готовий провід цілком намотується на кільце, і виготовлений дросель встановлюється на плату. Намотувати обмотку-12В сенсу немає, індикатору HL1 «Харчування» будь-якої стабілізації не потрібно.
Залишається встановити плату обмежувача струму в корпус БП. Найпростіше її прикрутити до торця радіатора.
Підключимо ланцюг «ООС» регулятора струму до резистору R40 на платі БП. Для цього виріжемо частина доріжки на друкованій платі БП, яка з'єднує висновок резистора R40 з «корпусом», а поруч з контактною площадкою R40 просвердлив отвір 0,8 мм, куди буде вставлений дріт від регулятора.
Підключимо харчування регулятора струму +5 В, для чого припаяти відповідний провід до ланцюга + 5Vsb на платі БП.
«Корпус» обмежувача струму приєднується до контактних площадок «GND» на платі БП, ланцюг -14В обмежувача і + 14В плати БП виходять на зовнішні «крокодили» для підключення до акумулятора.
Індикатори HL1 «Харчування» і HL2 «Обмеження» закріплюються на місці заглушки, встановленої замість перемикача «110V-230V».
Швидше за все, у вашій розетці відсутній контакт захисного заземлення. Вірніше, контакт, може бути, і є, а ось провід до нього не походить. Про гараж і говорити нічого ... Радимо хоча б в гаражі (підвалі, сараї) організувати захисне заземлення. Не варто ігнорувати техніку безпеки. Це іноді закінчується вкрай плачевно. Тим, у кого розетка 220В не має контакту заземлення, обладнайте БП зовнішньої гвинтовий клемою для його підключення.
Після всіх доопрацювань включаємо БП і коригуємо підлаштування резистором VR1 необхідну вихідну напругу, а резистором R8 на платі обмежувача струму - максимальний струм в навантаженні.
Підключаємо до ланцюгів -14В, + 14В зарядного пристрою на платі БП вентилятор 12В. Для нормальної роботи вентилятора в розрив проводу +12, або 12В, включаються два послідовно з'єднаних діода, які зменшать напруга живлення вентилятора на 1,5 В.
Підключаємо дросель пасивної корекції коефіцієнта потужності, харчування 220В від вимикача, прикручуємо плату в корпус. Фіксуємо нейлонової стяжкою вихідний кабель зарядного пристрою.
Прикручуємо кришку. Зарядний пристрій готовий до роботи.
На закінчення варто відзначити, що обмежувач струму буде працювати з БП ATX (або AT) будь-якого виробника, що використовує ШІМ-контролери TL494, КА7500, КА3511, SG6105 або їм подібним. Різниця між ними буде полягати лише в методах обходу захистів.
Завантажити друковану плату обмежувача в форматі PDF і DWG (Autocad)