До 40 ампер за 25 долларов!

Обзор

Если Вы – коротковолновик, имеющий передатчик, наблюдатель или вовлечены в какую - либо другую область связи, то, рано или поздно, Вам потребуется сильноточный стабилизированный блок питания постоянного тока на напряжение 12…15 В. Может быть, также, что Вы вытащили 100-ваттный приёмопередатчик из автомобиля на зимний сезон, и Вам необходимо чем-то запитать эту “передающую нагрузку”. Может быть, также, что на Вашей станции есть аварийное батарейное питание и батареи необходимо быстрее заряжать, чтобы они были быстрее готовы к работе. Как бы там ни было, а стабилизированный БП на токи 25…40 ампер ещё никому не помешал. Если произвести оценку, то такой БП “выльется” в 200…300 долларов. То, о чём пойдёт речь в этой статье, позволит снизить Ваши затраты раз в 10!

Как этого добиться?

Разработка БП, обеспечивающего 15 В постоянного тока или менее, при упомянутых токах, дело больше исследований и поиска, чем высоких технологий. Если Вы – один из новых членов нашей дружной радиолюбительской “семьи”, или впервые пожелали заиметь сильноточную питающую или зарядную систему, то этот простой проект не потребует от Вас большого опыта и сноровки и не “разденет”, в смысле финансов! Задачей, которая будет стоять перед Вами, будет просмотр имеющегося в своём хозяйстве, посещение радиомагазинов и различных барахолок, торгующих старыми б/у компьютерными запчастями и блоками. Вам потребуется раздобыть старые, но работоспособные блоки питания от ПК. Те, что я нашёл в магазине "Good Will", стояли в трёх выпотрошенных шасси от ПК типа АТ и стоили по 5 долларов за штуку - см. Photo 1. В моём случае, я не только приобрёл три исправных одинаковых блока питания, но и корпуса, выключатели, сетевые шнуры и т. д. Как видите, цена была небольшой, что позволило приобрести ещё парочку БП, про запас. Корпуса от ПК также можно использовать для размещения комплексных блоков питания.

Немного о компьютерных БП

Если Вы не имели дела с компьютерными блоками питания, то уделите несколько минут Вашего драгоценного времени для того, чтобы понять, не вдаваясь в мелкие подробности, что у БП внутри. Компьютерные БП, обычно, заключены в металлический корпус размерами, примерно, 5 x 6 x 7 дюймов (13 x 15 x 18 см), содержат собственный охлаждающий вентилятор, прерыватель, выключатель питания (смонтированный на корпусе или короткими проводниками подключаемый к блоку) и стандартный компьютерный 3-контактный (IEC) соединитель. Габаритные мощности этих БП различаются значительно: от 135 до 300 Вт. Это та мощность, которую БП может отдать по выходу. Вам необходим БП с мощностью не менее 200 Вт и более, который имеет, однако, одно неудобство, которое будет рассмотрено позднее.

Описываемые БП от ПК обычно дают четыре выходных напряжения: + 12 VDC, -12 VDC, +5 VDC and -5 VDC (VDC = вольт постоянного тока). Отрицательные (два) напряжения, обычно, выдаются при токах, не превышающих 1 А и менее и не стоят обращения внимания на них, в нашем случае, их можно, просто, отбросить. Положительное напряжение 12 В выдаётся БП при токах от 7 до 14 А, а положительное напряжение 5 В - при токах 20…40 А, в зависимости от мощности БП.

БП, использованные мной для изготовления источника питания были выпущены в Тайване компанией "KPI ", мощность БП составляла 250 Вт, что оказалось для этих БП довольно критичной величиной. Напряжение +12 В выдавалось при токе в 10 А, а напряжение + 5 В - при токе 25 А! Эти два выхода, будучи нагруженными до предела, дают 245 Вт выходной мощности, что близко к заявленному значению этого параметра для БП. Как видно, мы имеем напряжения +5 В и +12 В с некоторыми возможностями и ограничениями в применении, с которыми нам придётся считаться.

Одним существенным замечанием, относительно компьютерных БП, является тот факт, сто эти БП – импульсные, а не обычные - линейные, к которым мы так привыкли. Имеется много явных преимуществ импульсных БП перед линейными. Большей частью эти преимущества выражаются в большем кпд БП и меньшем их нагреве. Однако, есть и такие факторы, на которые нужно обратить внимание пользователям, или, хотя бы знать, что они существуют. Первый фактор обозначается всегда на корпусе БП как ВНИМАНИЕ! (CAUTION). К БП ПК подводится сетевое питание (100…250 В переменного тока, временами необходима переустановка перемычки на большее сетевое напряжение). Переменное сетевое напряжение выпрямляется и заряжает конденсаторы большой ёмкости до напряжения 250… 400 В. Эти высокие напряжения могут, при касаниях, привести к летальному (смертельному) исходу, помните об этом, удаляя защитный корпус БП и “залезая” внутрь его. Если необходимо “заглянуть” внутрь БП, то всегда разряжайте высоковольтные конденсаторы большой ёмкости перед этим. Всегда!

Недостатком БП импульсного типа, особенно, старых разработок, является требование минимальной нагрузки на их выходных контактах. А это составляет 2… 4 ампера на выходе +5 В и от 0 до 2 А на 12-вольтовом выходе. Многие БП требуют выполнения такого условия только по выходу +5 В. А это может создать проблему, в зависимости от места, где Вы собираетесь применять БП от ПК. Простым решением проблемы может быть подключение (постоянно) на выходе стабилизатора +5 В БП резистора сопротивлением 1…2 Ом с мощностью рассеяния 25 Вт. Хотя Вы и потеряете 12,5…25 Вт мощности (снизив кпд БП), но нагрузите БП, что обеспечит высокостабильное его выходное напряжение, причём, как по выходу +5 В, так и +12 В. Этой технологии (нагрузки) нужно придерживаться и при проверке только что собранных источников питания. Дополнительный нагрузочный резистор может потребоваться и в цепи +12 В, если возникнет такая необходимость (зависит от конкретного БП). Это и есть то неудобство, о котором упоминалось ранее, но, как правило, не составляющее большой проблемы. Такую нагрузку по шине +12 В у меня вполне обеспечили два приёмника GE (видимо, фирмы General Electric). Необходимо, чтобы Вы были знакомы с приведёнными фактами, имея дело с переключателями. Без такой нагрузки, подключенной в режиме “Включено” ("power on"), выходного напряжения может и не быть (не запустится преобразователь).

Запускаем источник питания в работу

Три типа использования выходов БП может быть предложено на старте. Во-первых, если нагрузка потребляет ток, близкий к максимально допустимому или менее по шине 12 В, то можете присоединить оборудование к чёрному и жёлтому проводам, идущим к к четырёхвыводному соединителю типа Molex. Для более мощной аппаратуры соединяйте несколько или все чёрные провода параллельно, то же нужно сделать и с жёлтыми проводами для уменьшения падения напряжения на них. Присоединяйте нагрузку к полученным, таким образом, новым контактным точкам. На всех проводах одинаковой раскраски – одинаковые напряжения. Все чёрные провода - общий провод для всех напряжений. Несколько подробнее об этом общем соединении с “землёй” чуть позднее. Из БП выходит длинный жгут, содержащий до двенадцати проводов. Этот кабель соединяется с материнской платой ПК. Он может быть использован в качестве подключения источника питания к Вашей нагрузке. Расцветка проводов идентична приведённой выше.

Вторым типом использования дешёвой энергии может быть соединение последовательно трёх источников напряжения +5 В от трёх БП ПК. Это позволит обеспечить Вас напряжением в +15 В при токе 25 А. То есть таком, который максимально может обеспечить БП ПК по этой шине. Если напряжение +15 В не соответствуют технормам на Ваше оборудование, то у Вас есть два выбора: во-первых, простое решение – поставьте последовательно в цепь питания один или два 50-амперных диода, размещённых на радиаторах. Это позволит уменьшить выходное напряжение до 14,3 или 13,6 В, соответственно. Это позволит обеспечить также развязку между зарядным устройством, в качестве которого используется БП, и имеющейся (буферной) аккумуляторной батареей. От 13.6 до 13.8 В - такое напряжение является самым подходящим для зарядки свинцовых кислотных аккумуляторных батарей без их перезарядки. Альтернативой к добавлению в цепь питания диода является удаление крышек на всех трёх БП ПК и подстройка напряжений +5 В. В большинстве БП ПК имеется хотя бы подстройка этого напряжения. Во многих встречается и подстройка напряжения +12 В. Ещё раз напоминаем об опасности, подстерегающей рискнувшего вторгнуться в пределы БП ПК, особенно, при подключенной сети. Найдите подстроечные потенциометры выходного напряжения +5 В и установите ими выходное напряжение каждого блока в пределах от 4 до 4,5 В, с целью получения на выходе общих, необходимых Вам, 12…13,5 В (выходные напряжения трёх блоков питания следует устанавливать одинаковыми с целью равномерного распределения нагрузки между ними - UA9LAQ).

Последний тип использования БП ПК заключается в комбинации двух предыдущих. За исключением соединения с общим проводом (чёрные провода выводов) все источники напряжений независимы друг от друга, изолированы. В качестве примера, я питаю два моих передатчика (GE Master) от 5-вольтовых источников мощных БП ПК, соединённых последовательно. Каждый приёмник питается отдельно напряжением 12 В от отдельных БП ПК (двух из вышеупомянутых трёх), а третий выход БП ПК на 12 В использую для обзорного приёмника, сканера и другой аппаратуры, причём, с большим запасом (и экономией) по току (относительно линейных стабилизаторов)..

Несколько мыслей напоследок: Хотя, конечно же, производители вольны вносить изменения, стандартная цветовая кодировка БП ПК существует и представлена здесь в таблице: (См. L-1)

Color – цвет. Voltage – напряжение. Comments – комментарий. Red – красный. Yellow – жёлтый. White – белый. Blue – синий. Black – чёрный. Orange – оранжевый. Common Grd. – Общая “земля”. +5 V Signal Wire. – сигнальный провод наличия +5 В.

В комментарии:
1. все красные провода имеют соединения между собой посредством общего провода;
2. то же, но жёлтые провода;
3 и 4. Не используются;
5. Все чёрные провода соединены друг с другом посредством общего провода;
6. провод команды на запуск (наличия +5 В).

*Примечание: Большинство БП ПК имеет оранжевый (ORANGE) провод, который “даёт добро” на запуск обратно в БП ("Power Good"). Присоедините этот провод к выводу +5 В. Не у всех БП есть такая особенность, но на выходе БП не появится выходное напряжение, до тех пор, пока на этой линии появится плюс 5 В.

Импульсные БП обладают некоторыми уникальными возможностями. Среди них можно отметить распределение мощности между источниками ("Power Share"). Это означает, хотя +5 В - источник рассчитан на отдаваемый ток в 25 А, он может отдать и больший ток, если источник +12 В слабо нагружен. Но здесь вступает в силу ограничение по компонентам, включенным в схему стабилизатора, тем не менее, кое - какой запас у большинства БП, всё равно, есть.

Если импульсный источник питания будет перегружен или короткозамкнут по выходу, то он закрывается (происходит срыв генерации). Напряжение на его выходе падает до нуля. Не пытайтесь повысить уровень фильтрации выходного напряжения импульсных источников питания путём подключения к выходу дополнительных фильтровых конденсаторов большой ёмкости. При включении БП, большая ёмкость разряженного конденсатора фильтра будет восприниматься как короткое замыкание и БП не выйдет на режим (не запустится). Подключение дополнительных конденсаторов не только создаст вышеуказанную проблему, Вы сами убедитесь, что эти конденсаторы здесь и не нужны!

Предлагается, при использовании более одного БП (здесь: трёх БП), провода подключения сети соединять все вместе, чтобы обеспечить одновременное включение всех БП. Также, хотя импульсные источники питания, предлагаемые здесь, являются эффективными, при работе их возникают весьма существенные токи во время первых циклов переменного напряжения после включения в сеть. Убедитесь, что питающая сеть у Вас не перегружена другим энергоёмким оборудованием. Учтите, что, будучи включенными впараллель одновременно, после запуска, три БП ПК будут потреблять, под полной нагрузкой, 1100 Вт

Последнее предупреждение. Многие БП ПК содержат соединительные провода, только чёрного цвета для общего провода. Если это так, то вскройте БП и отрежьте необходимые, чтобы обеспечить независимое питание (для соединения трёх напряжений по 5 В последовательно, например). И это ВСЁ, что нужно проделать во всех трёх БП ПК. В первом БП ПК чёрный провод может быть соединён с общим проводом, но в большинстве случаев этого делать не нужно.

Если Вы пожелаете просто соединить параллельно все три выхода 12-вольтового питания БП ПК, то Вам потребуется изолировать источники друг от друга, включив в плюсовой провод каждого по диоду, прежде чем Вы соедините их вместе. Хотя такая схема будет работать и неплохо и обеспечит больший ток, чем одиночный БП, выходное напряжение упадёт до 11,3 В (из-за включения диодов – UA9LAQ).Этот эффект можно уменьшить применением диодов с барьером Шоттки, но напряжение, всё - равно, выше 11,6 В не поднимется. Если источник напряжения +12 В подстраивается, то нет проблем “накрутить” компенсирующее потерю на диодах напряжение.

В качестве альтернативы к использованию стандартных БП ПК, имеется множество других сильноточных источников напряжений +5 и +12 В (см. Photo-2) по разумным ценам на рынке подержанных вещей. Действительно, многое чего приведено в antenneXClassified Clearing House (CCH) - каталоге, в разделе источников питания. Помните предупреждение, как только Ваши пальцы запросятся влезть внутрь импульсных БП.. Хотя выходные напряжения БП малы, там “тигры в клетке – загрызут!”.

By August Hoecker, W8MIA
w8mia@antennex.com

Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ) ua9laq@mail.ru
г. Тюмень май, 2004 г