Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.

atom1477 11 Paź 2020 13:37 4443 3
  • Temat się trochę zdezaktualizował, bo napisałem go już kilka lat temu ale tak jakoś mi zeszło z publikacją.
    No ale najwyższa pora to przepchnąć, i może się jeszcze komuś przyda.

    Zasilacze ATX były często przerabiane do wykorzystania jako zasilacz laboratoryjny albo jako zasilacz do jakiegoś specjalnego obciążenia (np. do diod LED mocy).
    O przeróbkach zasilaczy na sterownikach TL494 (i zamiennikach czyli KA7500 albo SG3525) jest dość dużo w internecie.
    Natomiast o przeróbkach zasilaczy na sterowniku 2003 niespecjalnie.
    Gdyby ktoś chciał przerobić zasilacz na sterowniku 2003 to może o tym poczytać tutaj:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?t=3307841&highlight=

    Ale nie o tym będzie ten temat.
    W tym temacie przedstawię wykorzystanie zasilaczy ATX w nietypowych zastosowaniach. Wymagane będzie wprowadzenie nietypowego sprzężenia zwrotnego, stąd do przeróbek nadadzą się tylko zasilacze ze sterownikami TL494 lub jego zamiennikami (albo trzeba będzie kombinować ze sprzężeniem zwrotnym).
    Klasyczne zasilacze pełnią rolę stabilizatorów napięcia, oraz czasami np. w przypadku zasilaczy do diod LED, stabilizatorów prądu.
    W tym przypadku przedstawię zasilacze pracujące jako:
    1. Stabilizatory rezystancji obciążenia.
    2. Stabilizatory mocy obciążenia.
    3. Stabilizatory obrotów silnika DC (czyli stabilizatory napięcia BEMF silnika).

    Zanim przejdziemy do opisu tych układów, to na początek przygotowanie zasilacza:
    Spoiler:
    Zakładam że przeróbce będzie podlegał całkowicie sprawny zasilacz. A więc nie wymagający wymiany kondensatorów elektrolitycznych, itp.
    Przykładowy schemat wygląda tak:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Warto też zwrócić uwagę jak jest rozwiązane zabezpieczenie przeciwprzeciążeniowe. Najbezpieczniejszym rozwiązaniem jest zabezpieczenie w postaci zwrotnego napięcia z transformatora sterującego, czyli w tym przypadku z T2. Napięcie zwrotne jest pobierane poprzez diodę D14 i podawane na jeden ze wzmacniaczy błędu układu TL494. Jeżeli takie zabezpieczenie jest, to należy je pozostawić. Jeżeli nie ma, to należało je będzie dodać. Czasami zasilacze zamiast takiego zabezpieczenia posiadają zabezpieczenie w postaci sygnału podawanego do wejścia DTC. To jeszcze mogło działać w oryginalnym zasilaczu. Najgorsze jednak że sygnał jest wytwarzany za pomocą wykrywania spadku wartości napięć zasilających (3.3V, 5V, 12V), a my te (prawie) wszystkie napięcia z zasilacza usuniemy. Dlatego jedyną drogą jest przebudowanie zabezpieczenia na takie brane z napięcia zwrotnego z transformatora sterującego. Na szczęście jest to dość proste.
    W każdym razie przeróbka na początek polega na usunięciu niepotrzebnych napięć zasilania i monitora napięć zasilających:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Usunięcie monitora napięć jest konieczne z tego względu jego pozostawienie uniemożliwiłoby działanie przy zmianie napięcia wyjściowego zasilacza. Z kolei usunięcie niepotrzebnych wyjść (3.3V, 5V i napięć ujemnych) także jest konieczne. Nie można pominąć ich usunięcia. Wynika to z faktu że napięcie wyjściowe 12V docelowo ma być regulowane, a więc pozostałe napięcia także zmieniałyby się i mogło by dojść do wybuchu kondensatorów elektrolitycznych albo innych uszkodzeń.
    Demontaż diod z radiatora najprościej przeprowadzić w całości, czyli wraz z diodą prostowniczą 12V, mimo że później ona musi wrócić na swoje miejsce. Po prostu tak jest prościej zdemontować pozostałe elementy wyciągając cały radiator.
    W przypadku przedstawionego schematu jako dioda prostownicza 12V jest akurat zastosowana dioda 10LD20C (10A 200V) więc ona nie wymaga wymiany. Więc po prostu ją demontujemy z całym radiatorem, a potem po usunięciu innych elementów z radiatora wstawiamy ja z powrotem.
    Jeżeli natomiast w roli diody prostowniczej napięcia 12V zastosowano diodę na za niskie napięcie, lub dwie diody w obudowach DO-27 przylutowane do blaszki, to musimy je wymienić na inną (np. MBR20100 albo 10LD20C).
    Jeżeli układ stabilizacji napięcia 3.3V jest zrobiony inaczej (na układzie TL431 i tranzystorze MOSFET na radiatorze, albo na dławiku o ostrej krzywej histerezy) to oczywiście także to wszystko wylutowujemy.
    Na koniec otrzymamy zasilacz w takiej postaci:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Na elementy oznaczone na różowo należy zwrócić szczególną uwagę: Jedną już mamy: to jest dioda prostownicza 12V o której była mowa wyżej.
    Drugim elementem jest rezystor R16. Jest to rezystor sprzężenia zwrotnego napięcia 12V. Jednak większy wpływ na napięcia wyjściowe miało sprzężenie zwrotne z napięcia 5V. Przychodziło ono przez rezystor R15 który wylutowaliśmy.
    W takim wypadku rezystancja R16 będzie za duża aby utrzymać napięcie wyjściowe 12V na poziomie właśnie 12V: prawdopodobnie było by ono teraz wyższe niż 20V. Dlatego znając wartości rezystorów R33, R35 i R69 należy obliczyć nową wymaganą wartość rezystora R16. Na rezystorach R33, R35 i R69 powinno się odłożyć napięcie 5V (bo wejście -IN1 układu TL494 jest na potencjalne VREF czyli 5V). Ich wypadkowa wartość na podanym schemacie to 14.68k. Zatem rezystor R16 na którym ma się odłożyć pozostałe 7V (12V - 5V = 7V) powinien mieć wartość 7/5 razy większą, czyli 20.55k. Wstawiamy tam więc rezystor np. 22k.
    Jeżeli zasilacz nie posiadał zabezpieczenia przeciwprzeciążenowego jak na schemacie, to należy je dolutować. Są to elementy D14, R55, C38, R51 i R56, oraz nóżka 15 układu TL494 którą należy podłączyć do VREF za pośrednictwem rezystora 4.7k. Dodatkowo dobrze jest nóżkę 15 podłączyć do nóżki 3 za pomocą takiego samego obwodu jaki łączy nóżkę 3 z nóżką 2 (czyli rezystorem 47 i kondensatorem 10 połączonymi szeregowo).
    Po takich przeróbkach możemy przeprowadzić próbne uruchomienie zasilacza podłączonego do sieci szeregowo przez żarówkę. Sprawdzamy napięcie wyjściowe.
    I gdy będzie prawidłowe to także pracę zasilacza pod małym obciążeniem (np. z żarówką samochodową 12V/21W). Jeżeli wszystko się powiedzie (a zasilacz nie będzie wydawał niepokojących dźwięków) to możemy podłączyć go do sieci bezpośrednio. Teraz sprawdzamy napięcie na kondensatorze C22 (wysokie napięcie wyjściowe z przetwornicy Stand-By).
    Oraz sprawdzamy pracę napięcia z coraz większym obciążeniem.
    Na schemacie nie ma wentylatora. Należy go oczywiście podłączyć albo do wyjścia 12V albo zasilić go z zewnętrznego zasilacza.
    Przy obciążeniu zasilacza na 70..80% jego mocy nominalnej mierzymy napięcie na nóżce 16 układu TL494. Powinno ono zbliżać się do 5V. Jeżeli będzie mocno różne od 5V to należy to skorygować wartością rezystora np. R56.
    Można też przeprowadzić trochę ryzykowny, ale ważny test. Test zwarciowy.
    Taki test przeprowadzamy tylko pod warunkiem że zabezpieczenie przeciwprzeciążeniowe dla 70..80% obciążenia będzie dawało na pinie 16 napięcie zbliżające się do 5V, inaczej test zwarciowy uszkodzi zasilacz.
    Należy tylko wyposażyć się z możliwość szybkiego odłączenia napięcia od zasilacza, oraz w jakiś sposób odgrodzić się od zasilacza. Dobrze jest mieć kogoś do pomocy.
    Jeżeli zasilacz przeżyje test zwarciowy to jest gotowy do jeszcze jednej małej, niekoniecznie niezbędnej przeróbki. Jeżeli napięcie na C22 jest znacznie wyższe niż 15V to dobrze jest zrobić taką przeróbkę. Polega ona na przełożeniu sprzężenia zwrotnego z napięcia szyny 5VSB (które już go niczego nie będzie wykorzystywane) na wysokie napięcie wyjściowe z kondensatora C22.
    Na początek usuwamy elementy:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Następnie modyfikujemy wartość rezystorów R509 i R51.
    Na TL431 jest spadek napięcia 2V, na diodzie transoptora około 1.2V. Zatem na R509 musiał wynosić 5V - 2V - 1.2V = 1.8V. Znając tą wartość oraz wartość rezystancji R509 można sobie policzyć prąd diody w transoptorze.
    Dla napięcia 12V na R509 będzie się musiało odłożyć napięcie 12 - 2 - 1.2V = 8.8V. A więc 4.9 razy większe niż wcześniej. Więc musimy po prostu zwiększyć wartość R509 4.9 razy. W tym przypadku będzie to 4.9 * 39? = 190?. Wstawiamy tam więc rezystor 180 albo 220R (który będzie lepszy okaże się za chwilę).
    Podobnie R51. Wcześniej było na nim 2.5V (5V - 2.5V napięcia referencyjnego układu TL431). Teraz ma być 9.5V (12V - 2.5V). Czyli zwiększamy wartość R51 3.8 raza. A więc wyjdzie 19k. Wstawiamy np. 22k. Skoro wstawiamy większy to R509 też lepiej dać większy (czyli 220? a nie 180?).
    Tym sposobem będzie można się spodziewać napięcia wyjściowego około 12.5V.
    Należy teraz tylko przepiać te rezystory do kondensatora C22:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Napięcie z C22 może teraz posłużyć także do zasilania wentylatora w zasilaczu (nie można go podłączać do głównego wyjścia 12V (do C28), bo to wyjście nie będzie już dawało stałego napięcia 12V).
    Po takich przeróbkach można uruchomić zasilacz mierząc napięcie na C22.
    Schemat całego zasilacza po przeróbkach:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Jeżeli wszystko będzie w porządku to zasilacz będzie gotowy do używania jako zasilacz 12V (lub regulowany 1...15V), albo jako zasilacz do dalszych przeróbek o których będzie mowa w punktach 1, 2 i 3.


    1. Stabilizator rezystancji obciążenia.
    Na początek wyjaśnienie do czego może się przydać taki zasilacz.
    Otóż może on służyć do stabilizowania temperatury gorącego drutu. Np. takiego do cięcia styropianu jeżeli był by to drut o dodatnim współczynniku cieplnym.
    Trochę przydługi opis zachowania drutów oporowych podczas cięcia styropianu:
    Spoiler:
    Powszechnie do cięcia stosuje się druty o współczynniku temperaturowym bliskim 0. W takim przypadku stabilizacja temperatury nie jest możliwa. Ale taki drut ma inne zalety i dlatego jest stosowany. Te zalety to brak tendencji do przegrzewania oraz przy zasilaniu stałym prądem możliwość zmieniania długości drutu podczas pracy bez wpływania na temperaturę drutu.
    Natomiast można też wykorzystać klasyczny drut oporowy o dodatnim współczynniku temperaturowym. Teoretycznie mógł by też istnieć drut o ujemnym współczynniku temperaturowym.
    Drut można zasilać stałym napięciem, stałym prądem, stałą mocą albo stałym współczynnikiem U/I (czyli stabilizować rezystancję obciążenia, czyli właśnie rezystancję gorącego drutu).
    Wszystkie możliwości oraz zachowanie drutu podczas cięcia styropianu przedstawia tabelka. Linie szare oznaczają moc oraz temperaturę drutu nieobciążonego termicznie. Natomiast kolorowe drutu obciążonego termicznie w całości (czerwone) albo w połowie (niebieskie, obciążona jest prawa strona na wykresach).
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Drut o współczynniku równym 0 ma zawsze w każdym punkcie taką samą rezystancję, niezależnie od temperatury. Dlatego niezależnie od sposobu zasilania zawsze będzie pobierał w każdym punkcie taką samą moc. Obciążenie termiczne drutu w całości lub w części spowoduje więc ochłodzenie drutu w miejscu obciążenia, ale nie wpłynie na pozostałe fragmenty drutu.
    Praca ze stabilizacją obciążenia przy takim drucie jest niemożliwa, bo drut ma stałą rezystancję a więc nie można jej stabilizować (bo stabilizacja to doprowadzanie określonego parametru do zadanej wartości, a tutaj nie ma możliwości doprowadzania drutu do żadnej rezystancji bo rezystancja drutu jest narzucona jako stała).

    W przypadku drutu o dodatnim współczynniku cieplnym, obciążenie drutu (czyli jego ochłodzenie) spowoduje w efekcie zmniejszenie rezystancji w tym miejscu.
    Dlatego przy zasilaniu stałym prądem drut mocno się wychładza w miejscu obciążenia, natomiast nie zmienia temperatury w nieobciążonych miejscach. Powodowane jest to tym że na ochłodzonym miejscu gdzie spada rezystancja, spada też napięcie a więc i wydzielana moc. Ochłodzenie powoduje więc zmniejszenie mocy a więc dalsze ochładzanie. Nieochłodzone miejsca nie zmieniają rezystancji, a skoro przepływa przez nie ciągle ten sam prąd to nie zmienia się też temperatura.
    Z kolei przy zasilaniu stałym napięciem sytuacja jest inna. Obciążone miejsce zmniejsza rezystancję, co w efekcie przy stałym napięciu zasilania całego drutu, daje wzrost prądu. Jednak w ochłodzonym miejscu spadła rezystancja, więc mimo wzrostu prądu niekoniecznie wzrośnie w tym miejscu wydzielana moc. Natomiast na pewno drut będzie się mocniej grzał w miejscach nieobciążonych.
    Pojawia się za to możliwość pracy drutu w trybie stałej mocy albo stałej rezystancji.
    Tryb stałej mocy nie daje jakichś szczególnych właściwości. Natomiast tryb stałej rezystancji tak. Obciążanie całego drutu będzie powodowało minimalny spadek jego temperatury, bo układ stabilizujący rezystancję drutu będzie dostarczał do układu większą moc mającą utrzymać odpowiednią rezystancję. A rezystancja jak wiadomo w drucie o dodatnim współczynniku cieplnym jest powiązana z temperaturą.
    W każdym z tych czterech przypadkach dla drutu o dodatnim współczynniku cieplnym występuje jednak wspólna wada. Każdy mniej obciążony fragment drutu będzie miał tendencję do silniejszego nagrzewania się, bo będzie na nim występował wzrost mocy powodowany zwiększaniem się rezystancji, co będzie powodowało dalszy wzrost mocy.
    Taką sytuację może ustabilizować tylko odbiór ciepła z drutu, w formie promieniowania albo przez oddawanie ciepła do wymuszonego obiegu powietrza.
    Na szczęście odbiór ciepła przez promieniowanie rożnie bardzo szybko wraz ze wzrostem temperatury, więc taki drut może pracować bardzo stabilnie.

    Z kolei drut o współczynniku ujemnym miał by ciekawe właściwości.
    Tam spadek temperatury powodował by wzrost rezystancji, a więc przy zasilaniu stałym prądem powodował by wydzielanie większej mocy. Dodatkowo przy zasianiu stałym prądem ta większa moc wydzielała by się tylko w miejscach gdzie następuje odbiór ciepła. A w innych nie.
    Przy zasilaniu stałym napięciem wzrost mocy występował by we wszystkich miejscach, ale działało by ujemne sprzężenie zwrotne a więc ogrzewanie miejsc nieoddających ciepła było by tylko minimalnie większe niż normalnie.
    Wciąż możliwa była by też praca w trybie stabilizacji rezystancji.
    Jak widać na wykresach dla takiego drutu, w przypadku pracy ze stabilizowaniem rezystancji, występowała by najmniejsza zmiana temperatury pod obciążeniem. Jak również przegrzewanie nieobciążonych fragmentów drutu też było by najmniejsze z możliwych.
    Problem tylko taki że druty i ujemnym współczynniku temperaturowym jeszcze nie istnieją w postaci nadającej się do użycia. Jednak dobrze jest znać ich potencjalne zalety w przypadku chęci stabilizacji temperatury gorącego drutu, żeby gdy się pojawią móc je wykorzystać.
    W niższych temperaturach można próbować wykorzystać w roli takiego drutu włókna węglowe. Być może ich temperatura pracy wystarczy do cięcia styropianu.

    Tak więc stabilizowanie rezystancji drutu może mieć potencjalne zalety. Nie przekonuję do stosowania tej metody, bo wiem że powszechnie stosuje się druty o zerowym współczynniku cieplnym. Ale metoda ze stabilizacją rezystancji też może w pewnym zastosowaniach mieć sens.
    Więc opis jak wykonać taki stabilizator.
    Jest to akurat bardzo proste. Wystarczy do tego celu użyć układ mostkowy i wzmacniacz różnicowy:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Taki układ złożony ze zwykłych rezystorów nie ma jednak za ciekawych właściwości (Uwe: zielone: wyjścia z dzielników: niebieskie i czerwone):
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Oba dzielniki podzielą napięcie wejściowe, i dadzą w efekcie dwa różniące się zawsze w tą samą stronę napięcia. Zależnie od dobrania rezystorów większe będzie zawsze napięcie na odwracającym albo nieodwracającym wejściu wzmacniacza. Wyjście wzmacniacza się nasyci na poziomie GND albo VCC, i nic nam po takim układzie.
    Jednak jeżeli jeden z rezystorów będzie nieliniowy w stosunku do przyłożonego napięcia, to sytuacja się zmieni. Załóżmy że nieliniowy jest rezystor R2, i że jego rezystancja będzie rosła wraz z przykładaniem coraz większego napięcia. Otrzymamy taki wykres:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Teraz napięcie z dzielnika R2/R3 początkowo daje napięcie większe niż dzielnik R1/R4. Jednak ze wzrostem napięcia zasilania rezystancja R2 rośnie, a więc spada stopień podziału dzielnika R2/R3. W końcu więc wykresy przetną się, i teraz to dzielnik R1/R4 będzie dawał wyższe napięcie.
    Co nam to daje? Bardzo ciekawą zależność. Mianowicie możemy teraz odpowiednio podłączyć te dzielniki do wzmacniacza operacyjnego, i wzmacniacz da na swoim wyjściu takie napięcie aby uzyskać zrównanie się napięć z dzielników:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Działanie układu opiera się na początkowym stanie gdy dzielnik R1/R4 daje większe napięcie. Dzięki temu wzmacniacz zaczyna dawać na wyjściu coraz wyższe napięcie. A wraz ze zwiększaniem napięcia spada stopień podziału R2/R3. W końcu więc napięcia z dzielników zrównają się, a więc wzmacniacz przestanie już zwiększać napięcie bo oba jego wejścia będą miały ten zbliżony potencjał.
    A z tego można wysnuć ciekawy wniosek:
    Skoro układ ustabilizował się, i oba dzielnik dają takie same napięcia, to ich stopnie podziału muszą być identyczne.
    Skoro R3 = R4, to dla równości stopni podziału R2 musi być równy R1.
    Zatem widać że układ ustabilizował się w momencie gdzie wartość R2 osiągnęła wartość R1, czyli 2k?. Układ ustabilizował więc wartość rezystancji R2 na poziomie wyznaczonym przez R1 (przy założeniu że R3 = R4).
    Dla innej charakterystyki zmian rezystancji R2 nic szczególnego się nie zmieni.
    Owszem zmieni się napięcie wyjściowe przy którym mostek uzyska równowagę.
    Wciąż jednak będzie to równowaga, czyli R2 będzie równe R1.
    Taki układ jest więc prawdziwym stabilizatorem rezystancji, stabilizującym wartość R2 niezależnie od jego charakterystyki (pod warunkiem że jest to charakterystyka dodatnia, tzn. wzrost rezystancji wraz z napięciem).
    Taki układ możemy wykorzystać do sterowania gorącym drutem.
    Wynika to z faktu że drut oporowy o dodatnim współczynniku cieplnym można uznać za taki rezystor o rezystancji zależnej od napięcia. Bo nim większe napięcie tym bardziej drut się nagrzewa, a więc jego rezystancja wzrasta. Ewentualne ochładzanie drutu przez styropian albo powietrze nic tutaj nie zmieni. Zmieni się tylko rezystancja przy danym napięciu, ale wciąć wzrost tego napięcia zwiększy temperaturę. Inna tylko będzie to zmiana. Np. przy zmianie 10V -> 11V będzie to nie 180 -> 190°C, tylko np. 120 -> 125°C. Wciąż jednak będzie to wzrost, a więc działanie stabilizujące układu zostanie zachowane.
    Układ może też stabilizować temperaturę drutów o ujemnym współczynniku termicznym, tylko wtedy trzeba zamienić miejscami wejścia odwracające i nieodwracające wzmacniacza operacyjnego.
    Dostosowanie układu do zasilania drutu polegało będzie tylko na zwiększeniu wydajności prądowej wzmacniacza. Wykorzystamy do tego właśnie zasilacz ATX.
    Zasilacz ATX na sterowniku TL494 posiada w sprzężeniu zwrotnym wejścia właśnie w postaci wzmacniaczy które można potraktować jako wzmacniacze operacyjne. Natomiast wyjściem będzie po prostu wyjście zasilacza (np. szyna 12V).
    W opisie układu stabilizatora przyjąłem R3 = R4. Ale nie jest to warunek konieczny do działania układu. Liczy się tylko równowaga mostka.
    R3 może być np. 10-ciko krotnie mniejszy od R4, i wtedy wartość R2 będzie stabilizowana na wartości 10-cio krotnie mniejszej niż wartość R1. Tym sposobem możemy zmniejszyć straty mocy na rezystorach nie będących drutem oporowym (czyli na R1, R3 i R4 (bo drutem oporowym ma być R2)).
    Ostateczne zaaplikowanie układu do schematu zasilacza ATX jest bardzo proste.
    Oto ono:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Co zostało zmienione:
    Rezystor R47 łączący wejście odwracające układu TL494 (nóżka 2) został odłączony od pinu VREF.
    Dzielnik R16/(R33 | R39 | R69) został przeniesiony z wejścia nieodwracającego na odwracające układu TL494 (za pośrednictwem tego rezystora R47). Oraz dzielnik ten został trochę przerobiony.
    Zwolnione wejście nieodwracające (pin 1) zostało podłączone do nowego dzielnika utworzonego z rezystorów metalizowanych 0.22R. Drugim rezystorem tego dzielnika będzie drut oporowy podłączany na zewnątrz.
    Rezystory R16, R33, R39 i R69 trzeba dobrać znając wartość rezystancji drutu oporowego w stanie zimnym i gorącym.
    Jako jeden z rezystorów można zastosować rezystor z szeregowym potencjometrem, co umożliwi regulację temperatury drutu.
    Lepiej, ze względu na zakłócenia oraz ze względu na bezpieczeństwo w przypadku odłączenia się suwaka potencjometru, jako potencjometr wykorzystać dolny rezystor dzielnika (np. tak jak na schemacie R69). Rezystor R69 jest jedną stroną podłączony do masy więc będzie bardziej odporny na zakłócenia jeżeli miałby być podłączony przewodami (bo jednym z przewodów będzie masa). Dodatkowo odłączenie suwaka zwiększy rezystancję, więc pełne napięcie z R16 trafi na wejście odwracające. I zasilacz obniży napięcie. W przypadku użycia jako potencjometru rezystora R16, przerwanie suwaka spowodowało by ustawienie się zasilacza na pełnym napięciu wyjściowym, co mogłoby być niebezpieczne.
    R33 | R39 można wstępnie obliczyć dla uzyskania 55? (1000 razy więcej niż rezystancja czterech rezystorów 0.22R). Zatem 1000-krotność rezystancji R16 powinna być gdzieś pomiędzy rezystancjami drutu w stanie zimnym i gorącym.
    Obliczenie dokładnej wartości wymaga dość skomplikowanego wzoru, więc dla uproszczenia proponuję użyć metody "na chybił trafił", po prostu przyjmując minimalnie większą rezystancję niż drut ma w stanie zimnym.[/spoiler]

    2. Stabilizator mocy obciążenia.
    Tutaj ciężko podać jakieś zastosowanie. Ale istnieją zasilacze laboratoryjne z taką funkcją, więc zakładam że to może być przydatne.
    Może to być użyte np. do stabilizowania mocy dostarczanej do grzałki w kalorymetrze podczas jakichś precyzyjnych pomiarów (w takich przypadkach stosuje się stałą dostarczaną moc, a nie stałą temperaturę, więc nie można użyć regulatorów temperatury).
    Układ do stabilizacji mocy jest trudniejszy do zrobienia. Ciężko wy myśleć jakiś sprytny układ który miał by realizować taką funkcję.
    Tu niestety nie będzie opisu. Miałem zrobić ale tak mi schodziło i schodziło, i opóźniało tylko publikację.
    Na pewno jednak da się to zrobić dając układ mnożący w torze sprzężenia zwrotnego. Np. najpopularniejszy stary AD633.

    3. Stabilizator obrotów silnika DC (czyli stabilizator napięcia BEMF silnika).
    To jest dość ciekawy układ.
    Może on służyć do stabilizowania obrotów wrzeciona frezarki jeżeli to będzie wrzeciono na silniku DC niskiego napięcia.
    Inne zastosowanie to stabilizowanie prędkości wysuwu siłownika (filmik w załączniku).
    Stabilizacja prędkości obrotowej silnika pracującego jako jakiś podajnik.
    I wiele innych.
    Ktoś spyta, dlaczego nie użyć tutaj metody regulacji za pomocą PWM ze sprzężeniem zwrotnym?
    Oczywiście można. Ale:
    1. Trzeba użyć sprzężenia zwrotnego z czujnika prędkości obrotowej. Co wymaga dodawania zewnętrznych układów na oś silnika.
    Albo użyć metody zliczania pików napięcia z pracującego komutatora w silniku. Co jest dość trudne do zrobienia.
    2. Można użyć impulsowej metody pomiaru prędkości (pomiar na przemian z zasilaniem silnika, podczas pomiaru brak zasilania)
    Ale sprawdziłem to w praktyce i o ile pomiar działa, to generuje drgania silnika i pisk.
    Po prostu te krótkotrwałe przerwy do dopływie prądu powodują drgania momentu obrotowego silnika.
    3. Trzeba zaimplementować regulator PID i zestroić go. Co będzie trudne bo silnik z definicji ma pracować przy zmiennym obciążeniu a więc jego charakterystyki czasowe będą różne dla różnych obciążeń.

    Natomiast metoda stabilizacji za pomocą stabilizacji napięcia BEMF silnika ma wiele zalet. Nie wymaga sprzężenia zwrotnego z czujników prędkości obrotowej. Nie przerywa dopływu prądu do silnika. Nie wymaga użycia mikrokontrolera w sprzężeniu zwrotnym i nie wymaga strojenia regulatora PID.
    Zaletą układu jest też połączenie zasilacza z układem regulacyjnym. Normalnie mieli byśmy zasilacz + regulator. Gdzie regulator musiał by pracować albo jako układ liniowy, albo jako regulator PWM ze sprzężeniem zwrotnym. W każdym jednak razie mieli byśmy jakieś straty na regulatorze. W tym przypadku regulatorem jest sam sterownik zasilacza, a więc uzyskujemy najwyższą sprawność jaką można uzyskać (w ogóle nie będzie strat na zewnętrznym regulatorze, bo zewnętrznego regulatora po prostu nie będzie).
    Na początek opis zachowania się silnika DC pod obciążeniem.
    Silnik DC można przedstawić jako połączenie rezystancji z generatorem napięcia stałego:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Nim bardziej obciążony silnik, tym ma mniejsze obroty ale pobiera więcej prądu.
    Mniejsze obroty to mniejsze BEMF, ale większy prąd to większy spadek na rezystancji R. Stąd całość napięcia zasilania silnika może być stała, mimo że samo BEMF spada.
    Jednak w praktyce nie można zmierzyć napięcia BEMF podłączając się do rezystora albo do generatora:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Bo tą rezystancją i generatorem są wszystkie zwoje wirnika ra raz. A więc jest to złożenie wielu zwoi, z których każdy ma swoją rezystancję i daje swoje napięcie:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Można jednak zmierzyć napięcie na całym silniku, oraz zmierzyć prąd:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    I sobie przeliczyć.
    BEMF = U - I*R.
    Można też określić napięcie BEMF "sposobem", bez tych przeliczeń.
    Tym "sposobem" jest taki układ:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Skoro znamy rezystancję wewnętrzną silnika (zmierzyliśmy na zatrzymanym silniku), to możemy dołożyć drugą taką samą na zewnątrz (R1), i spadek napięcia na niej będzie taki sam jak na tej wewnętrznej silnika, bo przez obie będzie przepływał taki sam prąd. Tym sposobem mierząc napięcie na R1, uzyskamy informację o napięciu na wewnętrznej rezystancji silnika.
    Możemy więc po prostu pomnożyć napięcie na R1 razy 2, i uzyskać potencjał o takim samym napięciu jak jest wirtualnie wewnątrz silnika, pomiędzy generatorem a rezystorem R. Wygenerowany potencjał jest w punkcie A. Wewnątrz silnika mamy punkt B.
    I oba będą sobie równe.
    Dając więc woltomierz od plusa silnika do punktu A, możemy zmierzyć wprost napięcie BEMF.
    No jeszcze wyjasnienie po co mierzyć ten BEMF. To po prostu napięcie generatorowe silnika, i ono jest proporcjonalne do obrotów. Czyli mierząc BEMF, mierzymy obroty. I bez przerywania dostarczania prądy do silnika.
    Ale jeszcze pomęczymy ten układ. Bo on tylko mierzy, ale nie pozwala na regulowanie obrotów.
    To zróbmy układ mostkowy.
    Układ mostkowy to dwa odpowiadające sobie półmostki. Silnik to generator napięcia + rezystancja.
    Więc drugą stroną mostka też powinno być źródło napięcia oraz rezystancja.
    No a do tego wzmacniacz operacyjny, który mierzy czy mostek jest w równowadze.
    Wyjdzie takie coś:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Układ jest zrobiony tak jak po lewej stronie. Ale skoro napięcie A podąża za napięciem B, to układ zachowuje się tak jakby mierzył wprost napięcie z punktu B. Tak jak po prawej stronie.
    A więc wzmacniacz będzie dostarczał informację o różnicy pomiędzy napiciem referencyjnym a napięciem BEMF silnika.
    Jak silnik się będzie kręcił za wolno, to będzie miał mniejsze BEMF niż nasze URef.
    Jak za szybko, to większe.
    Wzmacniacz mierzy odwrotnie, czyli dla większego BEMF daje mniejsze napięcie wyjściowe.
    I to napięcie można od razu użyć do sterowania silnika:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    To już całość układu. Mostek daje się ustabilizować tylko wtedy jak co najmniej jeden z jego elementów ma zmienną wartość, a u nas tą wartością jest BEMF silnika (czyli obroty silnika).
    Wzmacniacz mierzy odwrotnie, czyli dla większego BEMF zmniejsza napięcie wyjściowe, a więc mamy już wymagane ujemne sprzężenie zwrotne od obrotów silnika.
    A jak to w mostu, liczy się tylko równowaga mostka a nie wartości poszczególnych elementów. Dlatego R1 nie musi być równy R silnika. Wystarczy aby proporcja (R+R1)/R silnika była równa wzmocnieniu wzmacniacza (tego na dole, nie mostkowego). Tym sposobem będziemy mogli zmniejszyć spadek napięcia na R1. A więc spadną straty mocy na tym rezystorze, jak i zwiększy się wartość napięcia jaka może przypaść na silnik (przy założonej wartości napięcia zasilania).
    I taki układ w zasadzie mógł by działać.
    Jednak jest pewna trudność.
    Otóż silnik jest obciążeniem niestabilnym. Nie jest to czysta rezystancja jak było w przypadku gorącego drutu. Silnik zawiera komutator i podczas pracy generuje szpilki napięcia. Dodatkowo styk komutatora może być różny jak i rezystancje poszczególnych uzwojeń mogą być różne. Więc podczas pracy silnika będą występowały ciągłe fluktuacje rezystancji silnika jak i napięcia BEMF.
    Z tego powodu mostek ciągle będzie poza równowagą. Raz w jedną stronę a raz w drugą.
    Aby taki układ działał należy do niego układ uśredniający, czyli w zasadzie układ kompensacji częstotliwościowej.
    I taki układ o ile już by mógł działać w rzeczywistości, to ciągle ma pewną wadę która może mieć znaczenie dla początkującego. Albo po prostu mieć znaczenie podczas testów i uruchamiania urządzenia.
    Chodzi o to że taki układ będzie działał dopiero w całości. Z kompletnym mostkiem i z dodaną kompensacją częstotliwościową (i to od razu poprawną).
    A to będzie trudne do zrobienia gdy mamy do uruchomienia nieznany silnik.
    Lepiej było by uruchamiać układ po kolei. W częściach.
    Więc można to zrobić trochę inaczej.
    Na początek trzeba zauważyć że R1 pracuje tutaj po prostu jako bocznik do pomiaru prądu.
    Celem jest skompensowanie napięcia na wszelkich rezystancjach, aby napięcie referencyjne było wymuszane bezpośrednio "na generatorze BEMF silnika".
    Do takiego zastosowania można użyć innego układu. Układ nadążnego. Który wraz ze wzrostem prądu silnika, zwiększa mu napięcie (zwiększa całemu silnikowi, czyli UR + BEMF).
    W takim przypadku należy najpierw po prostu zmierzyć prąd silnika, a to jak mówiłem, robi po prostu R1. A do tego potem po prostu dodać napięcie Uref:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Taki układ realizuje to samo co wzmacniacz mostkowy, tyle że porównywanie napięć odbywa się samoczynnie. Wcześniej wzmacniacz wykrywał że Uref jest większe od BEMF, i podawał większe napięcie zasilania na silnik. Teraz Uref jest (prawie) wprost podłączone do zasilania silnika, więc jak będzie większe od BEMF do automatycznie zasili silnik wyższym napięciem.
    To Uref oczywiście w rzeczywistości nie zasila silnika wprost, tylko steruje zasilaczem mocy.
    I tym sposobem możemy uruchomić sam wzmacniacz prądu, bez uruchamiania sprzężenia zwrotnego. Dzięki temu możemy uruchomić wzmacniacz prądu bez obaw że coś się będzie wzbudzało. Można więc eksperymentować w dodawanie obwodów uśredniających i obserwować jak się zmienia przebieg na wyjściu wzmacniacza. Celem jest uzyskanie w miarę czystego przebiegu, ale przy możliwie małej kompensacji. Bo ważna jest szybkość działania tego układu. Lepszy jest szybszy układ ale z pewnymi pulsacjami na wyjściu, niż mocniej filtrujący ale i też wolniej działający. Zresztą fluktuacje niskiej częstotliwościowi pochodzą z fluktuacji obrotów silnika a więc muszą być przenoszone (układ musi je zmierzyć żeby móc je skompensować/ustabilizować). Celem w tym miejscu powinno być więc jedynie usunięcie szpilek generowanych przez silnik.
    Tak samo możemy niezależnie uruchomić zasilacz.
    Po podłączeniu jednego z drugim nadal będzie to stabilne w działaniu, bo wzmacniacz prądu z sumatorem, bez sygnału prądu z silnika, wysteruje po prostu zasilacz swoim napięciem Uref. Bez konieczności zamykania jakiegoś globalnego sprzężenia zwrotnego jak to było w wersji ze wzmacniaczem mostkowym.
    Jeszcze sprawa tego napięcia referencyjnego. Teraz to napięcie jest wstawione pomiędzy wyjście wzmacniacza prądu a wejście sterujące napięciem zasilania silnika. Czyli musiało to być źródło napięcia pływające. Jest to więc trudne do zrealizowania. Można tutaj próbować użyć np. układu TL431 podciąganego do jakiegoś wysokiego potencjału za pomocą rezystora, ale to jest niewygodne.
    Ale skoro już i tak dajemy wzmacniacz do wzmacniania prądu z R1, to możemy dać wzmacniacz podwójny albo poczwórny i jego wolną część wykorzystać jako wzmacniacz sumacyjny.
    Czyli Uref dodawać nie na wyjściu wzmacniacza, ale na jego wejściu. A Uref wtedy będzie odnoszone do masy.
    Przykład:
    Przeróbki zasilaczy ATX do nietypowych zastosowań.
    Sygnał z rezystora pomiarowego prądu R1, przychodzi na filtr zakłóceń R1B + C1.
    Potem wzmacnia to wzmacniacz U1D. Kolejny stopień (R7, R8 i R9) obciąża wyjście prądem wpływającym, więc do U1D dodany jest jeszcze tranzystor T7 który pomaga napięciu zejść do masy. Bez niego napięcie schodziło tylko do 0.2?0.4V.
    Kolejny stopień dość mocno obciąża też wejścia napięć Uref (R8 i R9), a więc na wejściach pasuje dać wtórniki.
    W moim przypadku układ miał służyć o zasilania siłownika i mieć dwie rożne prędkości pracy w obie strony. A więc ja w swoim projekcie użyłem wzmacniacza z 3 wejściami, i 2 z nim były przełączane zależnie od kierunku ruchu siłownika.
    Normalnie używa się jednego wejścia Uref, czyli R9 trzeba by wywalić a R21 zamienić na 20k. Ewentualnie zostawić R9 ale zewrzeć go do masy (zwarcie do masy jest potrzebne jeżeli R21 ciągle będzie miał 30k, bo to wpływa na wzmocnienie wzmacniacza sumacyjnego).
    ATX pełni rolę wzmacniacza mocy do zasilania silnika, a steruje nim napięcie STER. STER = 0 -> ATX ma dawać 0V. STER = 5V -> ATX ma dawać 5V. Prościej się nie da, a ATX pracuje jako zwykły zasilacz napięciowy, a więc całość jest prosta w uruchomieniu.
    Można tu wprowadzić jeszcze jedną udoskonalenie.
    Przy sterowaniu zasilacza ATX za pomocą sterowania 1:1, dla uzyskania 12V na wyjściu musimy mu dostarczyć STER = 12V.
    Nie jest do zbyt wygodne bo wzmacniacze będą zasilane napięciem zbliżonym do 12V i niekoniecznie dadzą napięcie wyjściowe równe VCC (np. LM324 może dać tylko z 1.5...2.0V poniżej swojego VCC).
    Ja miałem zasilanie 16V to dawało radę, ale jak ktoś będzie miał mniej to może już nie działać.
    Dobrze jest więc zmienić proporcję sterowania zasilacza. Np. na 1:2, czyli żeby dla uzyskania napięcia wyjściowego 12V potrzebne było napięcie stertujące równe 6V.
    W takim przypadku trzeba oczywiście zmniejszyć wzmocnienie wzmacniacza U1A (R21 zmniejszyć do 15k).

    Wiele zasilaczy ATX zawiera w sobie układy LM339 albo LM393 które wylutowaliśmy. Możemy to miejsce wykorzystać do wstawienia wzmacniaczy LM358 albo LM324 bo rozmieszczenie ich pinów zasilania jest zgodne z układami LM339 i LM399. Trzeba tylko się upewnić że zasilanie jest pobierane z szyny 12VSB a nie z głównego wyjścia 12V zasilacza. Tym sposobem cały układ stabilizatora obrotów można zmieścić na oryginalnej płytce zasilacza ATX.
    Trzeba tylko będzie trochę pokombinować z umieszczeniem rezystorów, bo układ ścieżek niespecjalnie będzie pasował. Tu jednak ujawni się zaleta układu w postaci możliwości uruchamiania go na raty. Dzięki temu można uruchomić sam wzmacniacz pomiarowy prądu, a później sumator napięcia referencyjnego, jeszcze bez przerabiania sterowania napięciem zasilacza a więc bez ryzyka że coś się stanie z zasilaczem.

    Dużo tu kombinowania, i dzisiaj już to przestało mieść sens.
    Nikt jednak nie każe przerabiać starych zasilaczy ATX.
    To samo można zaaplikować do dowolnego nowoczesnego zasilacza.
    Albo po prostu użyć tego ze własnym zasilaczu robionym od podstaw.

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    atom1477
    Poziom 43  
    Offline 
    atom1477 napisał 16616 postów o ocenie 602, pomógł 1301 razy. Jest z nami od 2005 roku.
  • MetalworkMetalwork
  • #2
    Karol966
    Poziom 30  
    Rewelacja, dziękuję (choć pewnie nie wykorzystam ale wciąż kilka zasilaczy ATX leży w kartonach więc nic straconego).



    PS. Odnośnie Twojego avatara, zdecydowanie też lubię...
  • MetalworkMetalwork
  • #3
    stomat
    Poziom 35  
    atom1477 napisał:
    Na rezystorach R33, R35 i R69 powinno się odłożyć napięcie 5V (bo wejście -IN1 układu TL494 jest na potencjalne VREF czyli 5V). Ich wypadkowa wartość na podanym schemacie to 11.175k. Zatem rezystor R16 na którym ma się odłożyć pozostałe 7V (12V - 5V = 7V) powinien mieć wartość o 5/7 większą, czyli 7.98k.

    Czy kolega to dobrze policzył? Skoro na 11.175k ma się odłożyć 5V, to na 7.98k raczej nie odłoży się 7V. Powinno wyjść trochę ponad 15k.
  • #4
    atom1477
    Poziom 43  
    Faktycznie, powinno być odwrotnie czyli 7/5.
    No i tam w ogóle coś źle policzyłem. Poprawiłem.

    Bardzo się dziwię że ktoś to tak wnikliwie czyta :D
    No ale to dobrze że jeszcze zostali ludzie których takie dłubanie interesuje (a nie tylko składanie gotowców).