Как сделать автомобильное зарядное устройство из компьютерного блока питания

zaryandoe_scr1

Неожиданно наступила зима и за окном похолодало. А тут ещё бензин какой-то не тот залил. В общем, король немецкого автопрома встал, где-то под Москвой как и 67 лет назад его старшие «праотцы». Аккумулятор сел, дальше пешком…. Для зарядки аккумулятора дома нашлась только пара сгоревших блоков АТХ. Сразу добавлю, что эта «зарядка» не предназначена для восстановления, десульфатации и прочих неперспективных шаманских методов, чем занимались наши отцы (и я в том числе) в прошлой жизни из-за крайней убогости быта. Это просто блок, позволяющий надёжно и наименьшими затратами зарядить «севший», но исправный аккумулятор. Суть его проста и внятна. Он выдаёт на выходе зарядный ток около 5-6 Ампер, при любой активной нагрузке, вплоть до короткого замыкания. При этом напряжение на выходе ни при каких обстоятельствах не превысит заданного значения. Я установил 14,6 вольт.

Сначала добиваемся работоспособности блока

zaryandoe_scr2

  1. По порядку для «чайников» о восстановлении блоков, общие правила следующие:
  2. Если предохранитель в порядке, переходим к пункту 4.
  3. Если предохранитель сгорел, то сначала проверяем отсутствие «короткого» на разъёме 220.
  4. Если «короткое», устраняем, это могут быть силовые транзисторы, диоды, конденсаторы. Заодно советую проверить диоды во вторичной цепи.
  5. После устранения «короткого» выпаиваем предохранитель и вместо него запаиваем «кроватку», если её не установили при изготовлении.
  6. Вместо предохранителя вставляем в «кроватку» заранее подготовленный резистор изготовленный из сгоревшего предохранителя и лампочки на 220 Вольт мощностью 100-200 Ватт (Рис. 1).
  7. Лучше, если у Вас найдётся разделительный трансформатор, но если нет, не очень страшно. Достаточно просто не совать пальцы в силовую половину блока. Включаем блок в 220. Замыкаем «зелёный» и «чёрный» провода на большом разъёме. При отсутствии нагрузки исправный АТХ закрутит лопастями, пытаясь взлететь. Лампочка (предохранитель) гореть не должна. Если так, можно вместо лампочки вставить предохранитель и приступить к переделке блока, но лучше пока оставить лампочку.
  8. Если лампочка не загорелась, но АТХ не «поднимается», проверяем наличие питания микросхемы TL-494 (или её аналога). Если в блоке применена другая микросхема, дальше можно не читать, или читать из любопытства. Итак, на 12 ноге микросхемы (относительно 7-ой) проверяем наличие дежурного питания от 5, до 25 вольт. Если питания нет, значит не работает источник дежурного питания, именуемый в разных источниках как +USB, «дежурка» и т.п. Если +USB нет, тут есть 3 пути, искать неисправность дежурки, запитать TL494 от любого другого БП (адаптера), или пойти в ближайшую мастерскую и купить (попросить) другой АТХ. Дело в том, что «дежурка» сравнительно тяжело поддаётся ремонту. Обычно после замены транзистора или Viper-a, или ещё чего-то вскоре неисправность повторяется. Проблема не столько в сложности поиска неисправности, сколько в самих неисправностях. Это может быть межвитковое в импульсном трансформаторе, не достаточно «быстрый» электролитический конденсатор во вторичной цепи, потеря индуктивности дросселя во вторичной цепи (из-за перегрева феррита), обрыв резистора стартового тока «дежурки» и многое другое, что довольно трудно установить имея под руками только тестер. Но тем, кто потерпеливее, пожелаю удачи.
  9. Несколько слов про AT блок. Дело в том, что AT поднимаются без «дежурки». И вообще без всякой помощи. В этом смысле они более живучие и, позволю себе вольность, более совершенные. Благодаря некоторым хитростям в схемотехнике силового «полумоста» блок начинает «всхлипывать » совершенно самостоятельно, без всяких «дежурок» и микросхем. В этот момент с 12-вольтовой обмотки через отдельный диод заряжается конденсатор питания TL-494 (зелёная стрелка на схеме). Обычно 1-2 «всхлипа» и AT поднимается, продолжая по той же как и в АТХ цепи питать TL-494. В АТХ питание TL-494 после включения осуществляется от «дежурки» затем питание поднимается и как и в AT производится от +12 вольт. В обоих случаях конденсатор питания заряжается до амплитудного значения напряжения приблизительно +24 вольта.

Итак, АТХ поднялся.

Тут неплохо проверить свой тестер, подключив его + на 14 вывод TL-494. Микросхема TL-494 имеет встроенный источник опорного напряжения на 5,0 В, способный обеспечить вытекающий ток до ЮмА для смещения внешних компонентов схемы. Опорное напряжение имеет погрешность 1% в диапазоне рабочих температур от 0 до 70°С. Теперь приступаем к вырезанию всего, что мешает нам наслаждаться пейзажем дырчатого гетинакса (см. рис. 2).

zaryandoe_scr3

Вырезаем лишние диодные сборки, дроссели конденсаторы фильтров, все транзисторы обвязки TL-494. Что бы не понарезать чего попало, придётся немного углубится в принцип работы АТ-АТХ. Для начала пройдёмся по ногам микросхемы (см. рис. 3).

zaryandoe_scr4

Частота внутреннего генератора определяется по формуле:

zaryandoe_scr5

где R и С — это резистор и конденсатор на выводах 6 и 5 соответственно, то есть это не вырезать.

Вывод 14 это выход внутреннего источника опорного напряжения +5 вольт.

Выводы 1, 2, 15 и 16 это входы 2-х встроенных компараторов, которые пользователь может использовать по своему усмотрению, т.е. управлять шириной выходных импульсов ШИМ. Оба компаратора совершенно одинаковы с той лишь разницей, что компаратор с выводами 15-16 срабатывает с «задержкой» 80 мВольт. В попавших мне АТХ этот компаратор не использовался, 16 вывод заземлён, а 15 соединён на Uref, т.е. 14 вывод.

Вывод 13 предназначен для перевода TL-494 в режим управления обратноходовыми однотактными преобразователями. При этом «мёртвое время» может быть увеличено до 96%. В нашем, «двухтактном» случае этот вывод так же соединяется на Uref.

Компаратор на выводах 1-2 мы будем использовать для установки выходного напряжения, для этого на вывод 2 подаём часть Uref, что и сделано в большинстве AT и АТХ. Обычно это напряжение примерно 2,5 вольт, т.е. с Uref (+5 Вольт) через резистивный делитель.

RC цепочка с вывода 2 на вывод 3 (FB или ОС) предназначена для ограничения скорости ШИМ при стабилизации напряжения и имеется во всех схемах АТ-АТХ. Её тоже вырезать нельзя.

Рисую упрощённую схему управления выходным напряжением.

Напряжение на выходе БП будет равно Uвых=Uref1(1+Roc/Rm). Теперь Вы должны сами с калькулятором в руках, решить из каких резисторов составить делитель. Я это сделал, как показано на схеме. Проверьте обязательно, если эта формула у Вас не заработала, значит Вы не всё урезали. Важно учесть, что без перемотки трансформатора более 18-20 вольт на 12-вольтовом выходе получить не получится. В принципе БП может дать до 24 вольт, но это при отсутствии нагрузки и полностью «открытой» ШИМ, то есть, когда «мёртвое» время не более 4% от периода. Без дросселя БП будет чувствовать себя не очень комфортно. Ему будет трудно удержать выходное напряжение. Его будет «плющить и колбасить», как автомобиль с заклинившим амортизатором. Наша задача получить ограничение на уровне 14,6-14,8 Вольта. Для «убитых» аккумуляторов надо напряжение до 16 (и более) вольт. Для фанатов восстановления можно накрутить и столько.

Немного о выводе 4.

Это тоже вход компаратора, но с задержкой 120 мВольт. И тут дело даже не в задержке, а в том, что конструктор микросхемы предусмотрел использовать его для регулировки «мёртвого времени». Обычно в схемах АТХ-АТ его используют как «мягкий пуск» и для целей всяких защит. Вот эти защиты Вам и предстоит вырезать.

Работает ОНО так. При включении БП конденсатор с выв.4 на Uref разряжен и на выводе 4 сразу появляется +5 вольт, что наглухо закрывает выходные ключи микросхемы. Затем конденсатор заряжается через резистор (выв.4 — земля) и на выводе 4 напряжение падает до нуля. Это приводит к медленному нарастанию выходного напряжения до момента, когда оно стабилизируется ОС по напряжению. В нашем случае вывод 4 целесообразно попутно задействовать для ограничения выходного тока. По схеме видно, что при увеличении тока в нагрузку увеличивается падение напряжения на измерительных резисторах (4 резистора 0,22 ом), открывается транзистор 733 (такой p-n-р у меня был из выпаянных), что приводит к подъёму напряжения на выводе 4 и так до режима стабилизации тока. На полной схеме цепь стабилизации тока обведена красным фломастером. Вот так простенько удалось добиться и стабильного тока зарядки и защиты от короткого замыкания на выходе.

Кстати, на выходе советую никаких электролитических конденсаторов не ставить, тогда при «коротком» не будет ни каких брызг и взрывов, вызывающих неприятные ощущения.

О выходном дросселе.

Можно применить другой сердечник, например Ш-образный с зазором 0,3 мм. А можно оставить оригинальное кольцо, намотав на нём 20-30 витков тем, что мы размотали или тем, что будет под рукой, диаметром не менее 0,75 мм. Я намотал 35 витков в два провода диаметром 0,75 мм. Обмотка вложилась в два слоя.

Спустя год…

Просматривая даташит на микросхему КА7500 (аналог TL-494) я обнаружил другое, более простое решение стабилизации тока БП. Авторы предлагают использовать второй компаратор (выв. 15,16). С учётом того, что изначально этот компаратор смещён на 80 мВ, получается очень удобное решение. Мною оно повторено дважды. В приводимой схеме выходное напряжение 18 вольт, ток 5 ампер для питания схемы подогрева собачей будки. Для зарядки аккумуляторов естественно, можно использовать блок без перемотки, но всё-таки лучше перемотать. И провод желательно взять потолще, и виточков добавить (см. рис. 4).

zaryandoe_scr6

При расчёте количества витков вторичной обмотки желательно, что бы на XX напряжение на выходе моста было больше стабилизированного примерно в 2 раза. Это обеспечит оптимальную ШИМ и. соответственно, надёжную стабилизацию (см. рис. 5).

zaryandoe_scr7

Странно, но оно работает. А вообще-то не должно. Не должно потому, что смещение 80 мВольт в каком-то даташите указано, а в каком-то нет. И вообще, это смещение маловато для стабильной работы.

Поэтому я промакетировал подобную ОС на «спицах» и вот что получилось (см. рис. 6).

zaryandoe_scr8

Для удобства макетирования я выбрал компаратор LM311. На 16-ю ногу (по TL-494) подал опорное напряжение 1 вольт. Вот теперь всё красиво. Компаратор срабатывает на 6,1 Ампера.

Красный луч — выход компаратора, а зелёный — ток через нагрузку (R3). Да и резистор 0,15 Ом сделать легче и греться будет меньше, чем 0,3. Тогда схема чуток меняется (см. рис. 7).

zaryandoe_scr9

Перемотка трансформаторов (перемотал 5 штук) ни разу не вызвала у меня проблем. Просто нагреваю в шкафу до 150-200 градусов и в перчатках аккуратненько расшатываю (см. рис. 8).

zaryandoe_scr10