Искатель кабельных трасс на основе компьютерного блока питания

Чаще всего, компьютерным блокам питания «второй срок службы» уготован в качестве лабораторных блоков питания, блоков питания радиостанций и зарядных устройств стартерных аккумуляторов. Но кроме этого, им было найдено и еще одно применение.

В описанном в [1] приборе для поиска кабельных трасс, в процессе эксплуатации были выявлены некоторые недо­статки, которые были характерны и для его прототипа [2] и которые так и не были устранены до конца. Самый его зна­чительный недостаток заключался том, что из-за низкого на­пряжения выходного трансформатора был затруднен поиск кабеля, в котором все жилы находятся в обрыве.

Устранить этот недостаток было возможно только в случае увеличения выходного напряжения. Такое возможно только лишь при замене выходного трансформатора на трансформа­тор большей габаритной мощности. По целому ряду причин, од­ной из которых был довольно ограниченный внутренний объ­ем корпуса, сделать это было довольно проблематично.

К тому же автор давно «заболел» идеей постройки по­добного прибора вообще без крупногабаритных намоточных узлов. Любому мастеру электрику хорошо известно, что на­мотка низкочастотных трансформаторов и дросселей явля­ется, по ряду хорошо известных причин, самым большим пре­пятствием, и реализация скольких хороших схем была отло­жена «на потом» запнувшись за данную проблему — одно­му богу ведомо. Но с другой стороны, «достать» готовый трансформатор с необходимыми параметрами до сих пор счи­тается несомненной удачей и невероятным везением.

К сожалению, построить прибор без намоточных узлов в виде трансформатора пока еще не удалось, но надеемся, что только пока, а вот изготовить его с минимумом этих уз­лов получилось. Взор автора был обращен на компьютерные блоки питания, которые в последнее время все чаще, отслу­жив верой и правдой в системных блоках компьютеров, в ис­правном или неисправном виде попадают в руки электриков. Чаще всего «второй срок службы» им уготован в качестве лабораторных блоков питания, блоков питания радиостан­ций и зарядных устройств стартерных аккумуляторов.

Генератор искателя табельных трасс

Один из таких компьютерных БП попал в руки автора в неисправном виде. После проверки и замены всех неисправ­ных электролитических конденсаторов блок питания зарабо­тал. Судя по наклейке на его корпусе, он назывался «HIGH POWER HPC-200C1-REV-A2» с выходной мощностью 200 Ватт. Конечно же, для питания современного компьютера такой БП не подойдет, а вот для его переделки и использования в качестве генератора искателя кабельных трасс, пожалуй, луч­ше и не придумать.

Изначально ставилась цель не только построения гене­ратора искателя кабельных трасс (ГИКТ) на основе компью­терного БП, но и желательно при минимальном вмешатель­стве в его схему и минимальных переделках. Автор исходил из того, что такой блок питания обладает необходимой на­дежностью и имеет множество встроенных защит, и поэто­му любые изменения его схемы без необходимых знаний и опыта может привести к печальным последствиям. Помимо этого, минимальное вмешательства в схему БП значительно сокращает время, не говоря уже о средствах и нервах, на постройку генератора ГИКГ.

Еще перед началом ремонта в разрыв сетевого провода блока питания была включена лампа накаливания 230 В 75 Вт. В дальнейшем, все включения в сеть производились вместе с этой лампой, и окончательно она была изъята из конструкции уже после того, как ГИКГ был окончательно отрегулирован и опробован в полевых условиях и автор убедился, что он рабо­тает стабильно и никаких «сюрпризов» быть не должно.

Схема этого генератора приводится на рис.1. Описание работы компьютерного БП очень подробно и доходчиво при­водится в [3] и [4]. Но ввиду того, что эти блоки изготовля­ются разными производителями и их «внутренности» могут существенно различаться, то сама по себе их точная схема не важна. Главное — хорошо представлять себе назначение и принцип работы основных узлов БП.

На рис.1 порядок нумерации элементов несколько отли­чается от порядка в реальной схеме. К тому же, вновь вво­димые элементы обозначены звездочкой в нумерации, а эле­менты, тип которых был изменен или номинал требует под­бора при регулировке, обозначены звездочкой в номинале или наименовании.

Для установки новых компонентов необходимо свободное пространство, которого так мало внутри корпуса БП и по­этому следующим этапом после восстановления его работо­способности являлась расчистка места под новые компо­ненты. Для того были удалены мощные диодные сборки VD17- VD18 и VD19- VD20 шин питания +5 В и +12 В вместе с ра­диаторами, а вместо них установлены обычные диоды 1N4007.

Замена может быть и не самая адекватная, но для нагру­зок, подключенных к этим шинам этого вполне достаточно.

Конденсаторы С19 и С23 имели достаточно большие га­бариты и были заменены менее габаритными с таким же но­миналом. Конденсаторы С21 и С25 были заменены конден­саторами с уменьшенной в 2 раза емкостью. Еще в блоке питания была довольно габаритная индуктивность, которая содержала 4 обмотки провода диаметром 0.8 мм, намотан­ных на кольце. Она была удалена, а вместо нее установле­ны отдельные катушки L2, L3, L4. Каждая из этих катушек была намотана эмалированным проводом, например, ПЭВ-2 диаметром 0.41 мм на ферритовом кольце, снятом с неис­правного усилителя «польской» антенны до заполнения все­го внутреннего пространства кольца. Это составляет пример­но 70…80 витков. Катушка L5 была сохранена, а остальные были заменены перемычками. Все эти мероприятия прово­дились для того, чтобы после освобождения пространства вну­три БП не нарушить работу системы автоматического регу­лирования выходного напряжения и блока защит, которые за­вязаны на контроле этих напряжений.

Генератор звуковой частоты

Частота, на которой работает блок питания компьютера, находится выше границы звукового диапазона и поэтому про­сто подать напряжение с выходного трансформатора в ка­бель и потом пытаться отыскать его на слух является заня­тием малоперспекгивным. Необходимо «посадить» на рабо­чую частоту инвертора в БП любой сигнал звуковой часто­ты. Это является не такой уж и простой технической задачей, особенно если учесть желание автора свести вмеша­тельство в схему БП к минимуму, а лучше вообще вмеша­тельство исключить. И такое решение было найдено.

Идея заключалась в том, что микросхема TL494 имеет внутренний задающий генератор, управляющий мощными инверторными ключами VT5, VT6. Частотозадающая цепоч­ка этого генератора является обычным RC-звеном и подклю­чается к выводам 5 и 6 микросхемы. В нашем случае это цепочка R54 и С34. Если изменять номинал любого элемен­та этой цепочки, то частота преобразования также будет из­меняться. Если, к примеру, уменьшать сопротивление рези­стора R54, подключая параллельно ему другой резистор (R55) в такт с изменением информационного сигнала какого-ни­будь звукового генератора, то огибающая напряжения на вы­ходе трансформатора ТЗ также будет изменяться в та кг сиг­нала звукового генератора.

В качестве задающего используется трехчастотный звуко­вой генератор (ГЗЧ), собранный на одном транзисторе VT10 типа КТ315 и микросхеме DD1 типа К155ЛА3. По существу, ГЗЧ состоит из трех генераторов с различными временными характеристиками. Так, транзистор VT10, элемент D1.4, кон­денсатор С37, резисторы R44, R45, R47, R4B образуют гене­ратор с тактовой частотой около 1 Гц. Элемент D1.1, резис­тор R43, конденсатор С36 и элемент D1.2 составляют второй генератор с частотой генерации около 1000 Гц. И наконец, элемент D1.3 вместе с резистором R46, конденсатором С38 и элементом D1.2 образуют третий генератор, но уже с час­тотой около 200 Гц. Выход генератора управляет оптроном U1.

Желаемое звучание ГЗЧ можно подобрать, вращая ось резистора R47, который установлен на передней панели при­бора. Можно вообще обойтись без резисторов R47 и R48, по­добрав звучание генератора, изменяя номиналы R44, R45, но нужно учесть, что снижать сопротивление R44 ниже 4.7 кОм и R45 ниже 47 кОм нежелательно.

Светодиод HL1, который управляется транзистором VT11 от генератора 1 Гц, является индикатором POWER и уста­новлен на передней панели прибора. Еще один светодиод HL2 является индикатором перегрузки и также установлен на передней панели прибора.

Индикатор перегрузки питается от падения напряжения на резисторе R50.

Так как, в компьютерных БП не предусмотрено никаких защит по переменному току со стороны вторичных напряже­ний, то любые случайности, например короткое замыкание в нагрузке выходного трансформатора могут оказаться фа­тальными. Чтобы этого избежать, в схему был введен рези­стор R50 для ограничения тока на выходе трансформатора ТЗ. Для повышения надежности работы прибора, мощность короткого замыкания обмотки напряжением 300 В (выводы 3-9) при мощности БП 200 Ватт с учетом потерь должна быть ограничена на уровне примерно 150 Вт. Для напряжения 300 В это примерно равно току 0.5 А. При коэффициенте трансформации 12.5 ток в обмотке I трансформатора ТЗ бу­дет равен 6.25 А. Чтобы ограничить ток на таком уровне при напряжении 24 В, необходим резистор сопротивлением 3.84 Ома. Мощность такого резистора должна быть 150 Вт. Имея такие данные можно рассчитать сечение провода для выходного трансформатора.

Выходной трансформатор

Выходной трансформатор Т3 был намотан на Ш-образном сердечнике из феррита неизвестной марки с сечением 11×19 мм. Для расчета количества витков необходимо знать площадь сечения в миллиметрах:

Sсеч = 11×19 = 209 мм.

Далее, разделив эмпирический коэффициент 5760 на ча­стоту преобразования БП узнаем коэффициент К зависимо­сти от частоты, с помощью которого можно вычислить наи­более важный параметр любого трансформатора — отноше­ние «вольт на виток» обмотки. Частоту преобразования БП узнать довольно просто — необходимо определить номиналы резистора подключенного к выводу 6 и конденсатора подклю­ченного к выводу 5 микросхемы DA1. В нашем случае это элементы R54 и С34, которые определяют частоту задающе­го генератора микросхемы TL494. Далее, подставив их но­миналы в формулу, вычисляем частоту задающего генерато­ра этой микросхемы:

В формуле номинал R54 указан в Омах, а С34 — в Фа­радах.

Получаем на выходе частоту преобразования БП Fпр которая равна 25 кГц.

Далее: К = 5760/F (кГц) = 5760/25=230.4

Отношение «вольт на виток» считаем как отношение Sсеч/К = 209/230.4 = 0.91

Следовательно, соотношение «виток на вольт» равно 1/0.91= 1.1

Упрощенная формула для определения сечения круглого обмоточного провода:

где:

D — диаметр провода,

Sсеч (в миллиметрах) — площадь сечения провода.

Упрощенная усредненная формула для расчета необхо­димого сечения намоточного провода:

Sсеч = А / 3.85,

где:

А — номинальный ток нагрузки.

Полные характеристики трансформатора ТЗ приведены в таблице, из которой видно, что на выходе трансформатора ТЗ можно получить от 4-х обмоток: II, III, IV, V целых 10 раз­личных значений напряжений.

Нужно сразу оговориться, что значения напряжений указаны ориентировочно, т.к. мы имеем дело с ШИ-регулированием, и цепи обратной связи предназначены для поддержания стабильных значений напряжения по посто­янному току, а для переменных значений возможны неко­торые отклонения. Впрочем, для данного устройства это не очень важно.

№ п/п	Номер обмотки	Обозначение выводов	Ток в обмотке, А.	Количество витков	Диаметр провода, мм.	Точки подключения питания для обмотки I). Точки подключения нагрузки (для обмоток II III IV V VI).				Напряжение на входе / выходе, В.
1	I	1-2	6.25	26.5	1.45	1-2				24
2	II	3-4	6.1	27	1.4	3-4				25
3	III	4-5	2.1	56	0.83	4-5				50
4	IV	5-6	0.89	110	0.53		3-5			75
						3-6				175
							4-6			150
								5-6		100
5	V	6-7	0.52	138	0.41	3-7				300
							4-7			275
								5-7		225
									6-7	125
6	VI	8-9	0.1	7	0.3	8-9				8

Трансформатор Т3 был установлен в освободившемся ме­сте компьютерного БП и прикреплен изнутри к передней па­нели металлическим хомутом через резиновые прокладки.

Остальные компоненты устройства

Резистор R50 изготовлен из константановой проволоки диаметром 0.6 мм, намотанной на фарфоровую оправку прямоугольного сечения. Оправка была установлена на пе­редней панели прибора и закрыта защитной решеткой.

Мощность этого резистора сильно занижена, но так как он не предназначен для долговременных режимов работы при максимальном токе, то этим можно пренебречь. Кроме этого, при максимальных токах нагрузки значительно снизит­ся постоянное напряжение шин +5 В, +12 В. При этом сра­ботает защита, и выключит мощные транзисторы VT5 и VT6.

Вентиляторы в блоках питания системных модулей ПК ХТ или АТ, как правило, вытягивают воздух из корпуса БП. В модернизируемом блоке было так же. Для увеличения эф­фективности работы вентилятор был развернут на 180°, и ус­тановлен на прежнем месте.

Корпус БП, как основание, так и крышка, в целях повы­шения электробезопасности был изнутри покрыт изоляционным материалом. В местах перфорации, чтобы не нарушить вентиляцию, в материале были вырезаны «окна».

Оптрон 4N27 можно заменить любым подходящим, Его применение связано с тем, что в наличии у автора оказал­ся прибор только данной серии.

А вот с идеей питания схемы ГЗЧ от мощной шины +5 В пришлось проститься, т.к. при попытках такого подключения пампа в цепи сетевого провода вспыхивала ярким светом, сигнализируя о наличии короткого замыкания. Причина это­го явления автором так и не была понята до конца. Поэтому пришлось запитывать ГЗЧ от изолированного источника. По этой же причине пришлось отказаться от попыток изъя­тия из схемы согласующего устройства, а именно оптрона установленного на выходе ГЗЧ.

Изначально, когда еще БП работал в системном моду­ле, из него выходил жгут проводов, который заканчивал­ся кнопкой типа советской ПКн-41. Эта кнопка устанавли­валась на системном блоке компьютера, и ее нажатием он включался. При переделке БП в ГИКТ жгут был ликви­дирован, а кнопка установлена на задней панели прибо­ра. В блоках питания более поздних выпусков (типа АТХ) такой кнопки нет. Их включение производится командой с материнской платы ПК и связана она с сигналом POWER GOOD. Впрочем, включение в работу таких БП без нали­чия ПК большой проблемы не представляет, и ее реше­ние неоднократно освещалось в литературе и на форумах профильных сайтов.

Литература:

1. Котов Г. Простой кабелеискатель. // Электрик. — 2013. — №5.
2. Бражников А.В. Кабелеискатель. //Автоматика, связь, информатика. — 2000. — №5.
3. Куличков B. Импульсные блоки питания для IBM PC. — М.:, ДМК Пресс — 2002.
4. Головков B. Любицкий В.Б. Блоки питания для сис­темных модулей типа IBM PC — ХТ/АТ. «ЛАД-Н». Моск­ва — 1995.

Автор: Геннадий Котов, г. Антрацит
Источник: журнал Электрик №12. 2016