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.
Рис. 1
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.
Рис. 2
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.
Рис. 3
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:
- Котов Г. Простой кабелеискатель. // Электрик. — 2013. — №5.
- Бражников А.В. Кабелеискатель. //Автоматика, связь, информатика. — 2000. — №5.
- Куличков B. Импульсные блоки питания для IBM PC. — М.:, ДМК Пресс — 2002.
- 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