В статье рассмотрена конструкция источника питания, разработанного для использования в гальванотехнике. Он изготовлен на основе компьютерного блока питания АТХ и позволяет выдавать в нагрузку стабилизированный ток до 20 А в течение времени, заданного с помощью таймера.
Тема любительской гальванотехники довольно популярна. Технология гальваники требует наличия источника стабильного тока довольно высокого качества. Использование радиолюбительских лабораторных блоков питания средней мощности не всегда приемлемо для этой цели, так как, обычно, в них стараются сбалансировать характеристики таким образом, чтобы получить большой диапазон выходного напряжения при небольшом токе. С другой стороны, всевозможные зарядные устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов позволяют получать большой ток, часто стабилизированный, но многие из них имеют большие пульсации выходного напряжения, что не позволяет получить гладкое покрытие изделия металлом.
Поэтому, автор решил изготовить специализированный источник питания для использования в гальванотехнике (ИПГ), имеющий следующие основные технические характеристики:
- напряжение питания сети 230 В;
- два взаимосвязанных канала с плавно регулируемым стабилизированным выходным напряжением постоянного тока:
— напряжение в первом канале от 0 до 20 В, при токе до 10 А;
— во втором канале от 0 до 8 В, при токе до 20 А;
- плавно регулируемое ограничение тока (токовая стабилизация) в диапазоне от 0 до 20 А;
- пульсация выходного напряжения постоянного тока не более 20 мВ;
- измерение выходного напряжения/тока с помощью цифрового мультиметра (в формате 0,00-19,99 В/А);
- светодиодная индикация перехода в режим ограничения тока;
- возможность использования таймера отключения ИПГ с помощью электронно-механических часов до 11,5 часов.
О переделке компьютерных блоков питания (БП) от персонального компьютера (ПК) написано много статей, в том числе автором, например [1, 2]. Особенностью этой конструкции является использование 5-вольтового выхода БП от ПК для получения большого выходного тока, измененная схема управления и индикации, и наличие возможности подключения таймера отключения.
Принципиальная электрическая схема ИПГ показана на рис. 1. За основу ИПГ был взят блок питания АТХ мощностью 300 Вт с датчиком температуры для управления скоростью вращения вентилятора охлаждения. В исходном БП использовался ШИМ-контроллер типа DR-B2005, поэтому для его переделки была использована дополнительная плата управления на контроллере TL494 (DA3). Подробнее о такой замене ШИМ-контроллера было написано автором в [1]. Схема управления аналогична описанной в [2]. Для обеспечения индикации перехода ИПГ в режим ограничения тока, согласно рекомендациям, приведенным в [3], в схему управления добавлен компаратор DA2, выход которого нагружен на светодиод HL2.
Рис. 1
Схема модуля питания цепей управления, собранная на трансформаторе Т1 «дежурного» режима БП ПК, аналогична описанной в [1]. В исходном БП ПК имелся датчик температуры, и автор решил его оставить, так как автоматическая регулировка скорости вращения вентилятора охлаждения заметно снижает шум. Поэтому в схему питания вентилятора М1 добавлен интегральный стабилизатор DА1, подающий на терморегулятор стабилизированное напряжение = 12 В.
Модуль силового питания имеет два канала, так как используется 12-вольтовый и 5-вольтовый выходы силового трансформатора Т2 с соответствующими выпрямителями. Использование 5-вольтового выхода позволяет при необходимости получить больший ток, чем при использовании 12- вольтового выхода. Схемы выпрямления и фильтрации обоих каналов особенностей не имеют и соответствуют штатной схеме БП от ПК. Датчик тока Rш1 включен в разрыв общего провода, поэтому не имеет значения, какой из каналов нагружен, ограничение тока будет работать в любом случае.
Для индикации уровня выходного напряжения и тока использован широко распространенный малогабаритный цифровой мультиметр типа ОТ830В, из которого удалены все штатные делители, а собрана входная цепь R6R8С7, установлен конденсатор развязки С8, шунт Rш2 и добавочное сопротивление R5. Измерения производятся на пределе 20 В, что позволяет отображать значение напряжения и тока с двумя знаками после запятой, то есть от 0,00 до 19,99. С помощью переключателя SА1 выбирают канал измерения напряжения, а переключателем SА3 — род работ. Питание мультиметра берется от отдельного стабилизатора на элементах ТЗ, VD5, VD10, СЗ, гальванически не связанного с остальными элементами схемы.
Таймер отключения ИПГ сделан на базе популярных китайских электронно-механических часов с будильником. Часы запитаны от источника питания дежурного режима БП ПК через нормально замкнутую пару контактов К1.1 реле К1. Схема питания представляет собой параметрический стабилизатор на элементах R4, НL1 с напряжением стабилизации около 2 В. Затем это напряжение нормализуется до номинального (около 1,5 В) с помощью диода VD11 и фильтруется конденсатором С6. Емкость конденсатора подобрана таким образом, чтобы во время работы часов светодиод VD11 мигал, индицируя таким образом их ход. Контактная пара SА2 часов, включающая сигнал будильника, при замыкании ставит под ток реле К1, контакт К1.1 размыкается, отключая питание схемы управления и часов. Таким образом, управление ключевыми транзисторами не производится, и напряжение с выхода ИПГ снимается.
Конструкция, детали и наладка
Все элементы ИПГ, кроме часов, расположены в корпусе БП, в одной из сторон которого вырезано большое отверстие для размещения передней панели с органами управления и индикации. Часы подключаются к основному блоку через разъем, расположенный на задней стенке ИПГ с помощью кабеля. Внешний вид собранного устройства показан на фото.
Выпрямительные диоды (диодные сборки) VD3, VD4 12-вольтовой цепи и VD7, VD8 5-вольтовой цепи не менялись, так как выходное напряжение ИПГ не превышает их максимально допустимые значения. В оригинальном БП для обеспечения большей нагрузочной способности в 5-вольтовой цепи производителем были установлены две параллельно включенные диодные сборки: VD7, VD8 и VD6, VD9, одной из которых вполне достаточно. Поэтому вторую можно демонтировать. Дроссель фильтров питания L1 БП ПК оставлен без изменений. Конденсаторы фильтров С4, С5 заменены в соответствии с номиналами, указанными на схеме рис. 1. Также следует установить нагрузочные резисторы R1, R2. Датчик тока изготовлен из нескольких параллельно включенных отрезков провода диаметром 0,8 мм (ранее служивших шунтом старого комбинированного прибора) и запаян в разрыв общего провода прямо на плате БП.
За основу платы блока управления на ТL494 можно взять конструкцию, описанную в (11, добавив на нее компаратор DА2. Подробно о наладке схемы управления описано в [3]. Средние выводы переменных резисторов R9, R12 рекомендуется зашунтировать на «землю» конденсаторами емкостью 0,01…0,1 мкФ. Следует отметить, что для обеспечения более точной настройки ограничения тока полезно будет добавить в схему и вывести на переднюю панель еще один переменный резистор сопротивлением в 10 раз меньше R9, включенный потенциометром в разрыв провода, соединяющего вывод с общим проводом. Подбором резистора R11 выставляется максимальное напряжение первого канала ИПГ (0…20 В), которое и контролируется схемой управления. Напряжение низковольтного канала (0…8 В) регулируется опосредовано путем контроля напряжения первого канала.
Переделка мультиметра типа DТ830 заключается в укорачивании печатной платы до минимально возможного размера и установке необходимых элементов, показанных на схеме. В зависимости от способа установки мультиметра, следует также обрезать и сформировать его корпус. В данной конструкции было удобнее вынести мультиметр наружу передней панели, поэтому нижняя часть корпуса была аккуратно отрезана и переклеена выше.
Схема питания часов расположена в нише установки элемента питания, причем светодиод HL1 выведен на циферблат. Вывод контакта включения будильника SA2, идущий в схему часов, следует перерезать и подключить к нему проводник. Второй конец контакта находится на минусе питания часов. Схема, расположенная в часах, подключается к основному блоку трехпроводным кабелем с установленным на конце «аудио» штеккером (ТRS). Это удобно, так как позволяет легко заменить часы в случае выхода их из строя, или же отключить за ненадобностью. К основанию корпуса часов приклеена магнитная лента, с помощью которой они надежно прикрепляются к корпусу источника питания.
Для коммутации питания схемы управления использовано малогабаритное реле К1 типа РЭС-15. Вместо него можно использовать любое другое реле с одной нормально замкнутой группой контактов и номинальным напряжением не более 15 В. То-коограничивающий резистор R3 подбирают опытным путем для обеспечения нормального режима работы реле под током. Вместо реле также можно использовать маломощный полевой транзистор с изолированным затвором.
Шунты Rш1, Rш2 следует разместить внутри корпуса таким образом, чтобы они хорошо обдувались вентилятором охлаждения, так как на них может рассеиваться большая мощность. Использование в конструкции ИПГ двух шунтов связано с тем, что автор использовал ранее изготовленные и отлаженные мультиметр и плату управления. В новой конструкции проще использовать только шунт мультиметра, как это сделано в конструкции, описанной в [2].
За исключением ранее описанных случаев, особых требований к деталям устройства не предъявляется, и могут быть использованы любые доступные элементы с параметрами, аналогичными параметрам элементов, указанных в схеме.
Кроме использования ИПГ в процессе гальваники, наличие в описанной конструкции таймера отключения позволяет автоматизировать и другие задачи, например производить зарядку аккумуляторных батарей стабильным током в течение заданного времени.
Литература
- Карелов Д. Лабораторные источники питания из БП от ПК с ШИМ-контроллерами ОР-В2002, ОИ-В2003, 306105 // Радиоаматор. — 2013. — №11. -С. 16-19.
- Карелов Д. Двухполярный источник питания — зарядное устройство из компьютерного БП // Радиоаматор. — 2014. — №5. — С. 16-17; №6, -С.28-30.
- Андрюшкевич В. Переделка компьютерного блока питания в лабораторный и зарядное устройство// Радио. — 2012. — №3. — С.22-24.
Автор: Дмитрий Карелов, г. Кривой Рог
Источник: Радиоаматор №3, 2015