У кожного радіоаматора, який регулярно займається конструюванням електронних пристроїв, думаю, є вдома регульований блок живлення. Штука дійсно зручна і корисна, без якого, випробувавши його в дії, стає важко. Дійсно, чи потрібно нам перевірити, наприклад світлодіод, то потрібно точно виставляти його робочу напругу, так як при значному перевищенні напруги, що подається на світлодіод, останній може просто згоріти. Також і з цифровими схемами, виставляємо вихідну напругу мультиметра 5 вольт, або будь-яке інше потрібне нам і вперед.

Багато радіоаматорів-початківців спочатку збирають простий регульований блок живлення, без регулювання вихідного струму і захисту від короткого замикання. Так було і зі мною, років 5 тому зібрав простий БП з регулюванням вихідної напруги від 0,6 до 11 вольт. Його схема наведена на малюнку нижче:

Але кілька місяців тому вирішив провести апгрейд цього блоку живлення та доповнити його схему невеликою схемою захисту від короткого замикання. Цю схему знайшов у одному з номерів журналу Радіо. При більш детальному вивченні з'ясувалося, що схема багато в чому нагадує наведену вище важливу схему, зібраного мною раніше блоку живлення. При короткому замиканні в схемі живлення світлодіод індикації КЗ гасне, сигналізуючи про це, і вихідний струм стає дорівнює 30 міліампер. Було вирішено, взявши частину цієї схеми доповнити свою, що зробив. Оригінал, схему з журналу Радіо, до якої входить доповнення, наводжу на малюнку нижче:

На наступному малюнку з'являється частина цієї схеми, яку потрібно буде зібрати.

Номінал деяких деталей, зокрема резисторів R1 та R2, потрібно перерахувати у бік збільшення. Якщо у когось залишилися питання, куди приєднувати проводи з цієї схеми, наведу наступний малюнок:

Ще доповню, що в схемі, незалежно від того, буде це перша схема, або схема з журналу Радіо необхідно поставити на виході, між плюсом і мінусом резистор 1 кОм. На схемі журналу Радіо це резистор R6. Далі залишилося протруїти плату та зібрати всі разом у корпусі блоку живлення. Дзеркати плати у програмі Sprint Layoutне потрібно. Малюнок друкованої плати захисту від короткого замикання:

Майже місяць тому мені попалася на очі схема приставки регулятора вихідного струму, яку можна було використовувати разом із цим блоком живлення. взяв із цього сайту. Тоді зібрав цю приставку в окремому корпусі і вирішив підключати її при необхідності для заряджання акумуляторів тощо, де важливий контроль вихідного струму. Наводжу схему приставки, транзистор кт3107 замінив на кт361.

Але згодом спало на думку поєднати, для зручності, все це в одному корпусі. Відкрив корпус блоку живлення і подивився, місця залишилося обмаль, змінний резистор не поміститься. У схемі регулятора струму використовується потужний резистор змінний, що має досить великі габарити. Ось як він виглядає:

Тоді вирішив просто з'єднати обидва корпуси на гвинти, зробивши з'єднання між платами дроти. Також поставив тумблер на два положення: вихід із регульованим струмом та нерегульованим. У першому випадку вихід з основної плати блоку живлення з'єднувався з входом регулятора струму, а вихід регулятора струму йшов на затискачі на корпусі блоку живлення, а в другому випадку затискачі з'єднувалися безпосередньо з виходом з основної плати блоку живлення. Комутувалося все це шести контактним тумблером на 2 положення. Наводжу малюнок друкованої плати регулятора струму:

На малюнку друкованої плати, R3.1 і R3.3 позначені висновки змінного резистора перший і третій, вважаючи ліворуч. Якщо хтось захоче повторити, наводжу схему підключення тумблера для комутації:

Друковані плати блоку живлення, схеми захисту та схеми регулювання струму прикріпили в архіві. Матеріал підготував AKV.

Аварійні «екстратоки» та «екстранапруги» не користуються жодним електронним пристроєм. Необхідно вводити захисні ланцюги з автоматичним обмеженням, зниженням, вимкненням живлення або, у крайньому випадку, з візуальною/звуковою індикацією аварійного стану.

Найпростішим елементом захисту є плавкий запобіжник. За його виборі треба орієнтуватися на стандартні номінальні струми спрацьовування:

SМD-запобіжники – 62; 125; 250; 375; 500; 750 мА, 1.0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0; 3.5; 4.0; 5.0 А;

Звичайні «скляні» запобіжники – 50; 60; 80; 100; 160; 200; 250; 315; 500; 630; 800 мА, 1.0; 1.25; 1.6; 2.0; 3.15; 3.5; 4.0.

Час спрацьовування запобіжника залежить від величини струму, що протікає. Судячи з Табл. 6.9, орієнтуватися на номінальний струм ПЛАВ не можна, необхідно його багаторазове перевищення, наприклад, 4/ПЛАВ. Насправді вважається, що плавка вставка з написом «1А» гарантовано «згорає» при струмі 2.5 А.

Радіоаматори через брак часу іноді виготовляють кустарні дротяні запобіжники, звані в побуті «жучками». Якщо використовується мідний дріт, можна взяти дані з Табл. 6.10. Зрозуміло, «жучки» після експерименту треба замінити нормальними запобіжниками.

Слід відрізняти плавкі запобіжники (fuse) від запобіжних резисторів (fusible resistor). Останні за конструкцією нагадують звичайні резистори, але при перегоранні не залишають навколо себе чорної плями металізованої сажі, яка може закоротити інші ланцюги на друкованій платі.

Ще один важливий елемент захисту - варістори (Табл. 6.11). На відміну запобіжників, вони встановлюються не послідовно, а паралельно, тобто. захист здійснюється за напругою, а не струмом.

Якщо напруга менше порогового, то опір варистора великий, і він практично не впливають на ланцюг, що захищається. Якщо поріг досягнуто, то опір варистора швидко знижується. Це дозволяє ефективно захищати апаратуру від короткочасних імпульсних перешкод.

Рис. 6.20, а...к показані схеми захисту живлення від сплесків напруги та коротких замикань.

Рис. 6.20. Схеми захисту живлення від сплесків напруги та коротких замикань (початок):

а) захист від підвищеної вхідної напруги з порогом, що визначається стабілітроном VD1. Оптореле VU1 має нормально замкнуті контакти зі струмом навантаження трохи більше 250 мА;

б) електронне відключення живлення при пробої потужного регулюючого транзистора, що знаходиться всередині стабілізатора напруги А1. Швидкодія визначається параметрами оптотиристора VU1. Випромінювач HL1 червоним кольором відображає аварійний стан. Резистор R3 встановлює напругу переходу транзистора VT1 закритий стан;

в) «паралельний» захист ланцюга +5 В. При сплесках напруги відкривається тиристор VS1 і перегорає плавка вставка FU1 (або запобіжник, що самовідновлюється). Конденсатор C1 усуває помилкові спрацьовування тиристора. Потужний дротяний резистор R3захищає тиристор VS1 від екстратоків. Порогова напруга стабілітрона VDI має розкид 3.1...3.5, тому його точне значення встановлюється підстроюванням резистора R1.

г) аналогічно Мал. 6.20, але з заміною тиристорного ключа потужним паралельним стабілізатором напруги на елементах VDI, VTI, R1 ... R3 і додатковим захистом по входу за допомогою варистора RV1. Поріг спрацьовування встановлюється резистором R1 на рівні приблизно на 0.2...0.4 вище, ніж напруга живлення +3...+5;

Рис. 6.20. Схеми захисту живлення від сплесків напруги та коротких замикань (закінчення):

д) HL1 – це індикатор зниження напруги живлення з +5 до +4, що може свідчити про передаварійний стан. Точний поріг встановлюється резистором R3. Схема служить лише індикації неполадок. Усунення аварії провадиться оператором вручну;

е) захист від перешкод та перенапруг у бортовій мережі автомобіля (елементи R1, C1). Миготливий світлодіод HL1 служить індикатором неправильної полярності подачі живлення;

ж) червоний колір світлодіода HL1 індикує обрив запобіжника FU1, зелений – нормальну роботу. При оранжевому або жовтому кольорі слід вибрати інший тип діода VD1

з) захист від перевищення струму у «мінусовому» дроті. Резистором R3 досягають тригер-ного режиму роботи. Резистором R1 встановлюють струм захисту не більше 10...600 мА. Для орієнтиру, якщо R2 = 10 Ом, то струм спрацьовування дорівнює 85... 111 мА;

і) варісторний захист пристроїв, що підключені до телефонної лінії. При великій амплітуді або випадковій подачі напруги 220 В перегорає плавка вставка FU1;

к) стабілітрон VD2 захищає від сплесків вхідної напруги. Струм обмежується резистором R1, короткі імпульсні перешкоди згладжуються конденсатором C1.

Початківці радіоаматори, яких більшість, для складання регульованого блоку живлення вибирають простіші схеми. Таку схемку вирішив зробити і я, тому що можливостей дістати дорогі деталі та налаштувати складний БП навряд чи вдасться.

Найголовніше для будь-якої конструкції корпус. Тут мені пощастило дістати неробочий БП ATX від комп'ютера, куди і буде розміщено майбутній блок живлення.

Роз'єм ззаду для мережі 220В залишив, а на місце кулера прикрутив звичайну розетку, так як їх постійно не вистачає для маси моїх електронних пристроїв. Коротше зайвою вона не буде.

Друкована плата блоку живлення найпростіша і виготовити її буде навіть початківцям. В крайньому випадку можна вирізати доріжки різаком, а не труїти. Для захисту за максимальним струмом - а це обов'язково має бути в радіоаматорському блоці живлення, вибрав схему електронного запобіжника з індикацією навантаження на світлодіоді.

Передня панель блоку живлення виготовляється із пластику, текстоліту або навіть фанери – хто на що багатий. На ній будуть кріпитися стрілочні індикатори - вольтметр і амперметр (як згодом стало зрозуміло, що це набагато краще і зручніше за цифрову індикацію), регулятор напруги і кнопки включення та перемикання режимів захисту. Я вибрав 0,1 та 1А, але можна розрахувати резистор струмового захисту на будь-яке значення.

Ще на передній панелі блока живлення будуть дві клеми для підключення дротів виходу БП.

Виходить, ось щось уже схоже на блок живлення. Трансформатор вибираємо такий, щоб він помістився у корпус. Так що якщо ви йдете його купувати на радіобазар - спочатку заміряйте габарити коробки.

Корпус обклеюємо самоклеючою плівкою або фарбуємо лаком.

Зелений світлодіод світиться при включенні БП в мережу, а червоний сигналізує про спрацювання захисту від струмового навантаження.

Тут написано як розрахувати шунт для стрілочних індикаторів. А щоб нанести на шкалу нові значення вольт і ампер, доведеться розкрити їх корпуси і акуратно наклеїти папірці з новими значеннями поверх старих.

Подано конструкцію захисту для блоку живлення будь-якого типу. Дана схема захисту може спільно працювати з будь-якими блоками живлення - мережними, імпульсними та акумуляторами постійного струму. Схематична розв'язка такого блоку захисту відносно проста і складається з декількох компонентів.

Схема захисту блоку живлення

Силова частина - потужний польовий транзистор - під час роботи не перегрівається, отже тепловідведення теж не потребує. Схема одночасно є захистом від переплюсування живлення, перевантаження і КЗ на виході, струм спрацьовування захисту можна підібрати підбором опору резистора шунта, в моєму випадку струм становить 8 Ампер, використано 6 резисторів 5 ватів 0,1 Ом паралельно підключених. Шунт можна зробити також із резисторів з потужністю 1-3 ватів.

Більш точно захист можна налаштувати шляхом підбору опору підстроювального резистора. Схема захисту блоку живлення, регулятор обмеження струму Схема захисту блоку живлення, регулятор обмеження струму

~~~При КЗ та перевантаженні виходу блоку, захист миттєво спрацює, відключивши джерело живлення. Спрацьовування захисту інформує світлодіодний індикатор. Навіть при КЗ виходу на пару десятків секунд польовий транзистор залишається холодним.

~~~Польовий транзистор не критичний, підійдуть будь-які ключі зі струмом 15-20 і вище Ампер і з робочою напругою 20-60 Вольт. Відмінно підходять ключі з лінійки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 або потужніші - IRF3205, IRL3705, IRL2505 та подібні до них.

~~~Дана схема також відмінно підходить як захист зарядного пристрою для автомобільних акумуляторів, якщо раптом переплутали полярність підключення, то з зарядним пристроємнічого страшного не станеться, захист врятує пристрій у таких ситуаціях.

~~~ Завдяки швидкій роботі захисту, її можна з успіхом застосувати для імпульсних схем, при КЗ захист спрацює швидше, ніж встигнуть згоріти силові ключі імпульсного блоку живлення. Схематика підійде також для імпульсних інверторів, як захист струму. При перевантаженні або кз у вторинному ланцюзі інвертора миттю вилітають силові транзистори інвертора, а такий захист не дасть цьому статися.

Коментарі
Захист від короткого замикання, переплюсування полярносі та перевантаження зібрано на окремій платі. Силовий транзистор використаний серії IRFZ44, але при бажанні можна замінити більш потужний IRF3205 або на будь-який інший силовий ключ, який має близькі параметри. Можна використовувати ключі з лінійки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ46, IRFZ48 та інші ключі зі струмом понад 20 Ампер. У ході роботи польовий транзистор залишається крижаним. тому тепловідведення не потребує.

Другий транзистор теж не критичний, у моєму випадку використаний високовольтний біполярний транзистор серії MJE13003, але великий вибір. Струм захисту підбирається виходячи з опору шунта - в моєму випадку 6 резисторів по 0,1 Ом паралельно, захист спрацьовує при навантаженні 6-7 Ампер. Більш точно можна налаштувати обертанням змінного резистора, таким чином я налаштував струм спрацьовування в районі 5 Ампер.

Потужність блоку живлення досить пристойна, вихідний струм сягає 6-7 Ампер, що цілком достатньо для зарядки автомобільного акумулятора.
Резистори шунта вибрав із потужністю 5 ватів, але можна і на 2-3 вати.

Якщо все зроблено правильно, то блок починає працювати відразу, замикайте вихід, повинен загорітися світлодіодний індикатор захисту, який горітиме доти, поки вихідні дроти знаходяться в режимі КЗ.
Якщо все працює як слід, то приступаємо далі. Збираємо схему індикатора.

Схема змальована із зарядника акумуляторної викрутки.Червоний індикатор свідчить, що є вихідна напруга на виході БП, зелений індикатор показує процес заряду. З таким розкладом компонентів зелений індикатор буде поступово згасати і остаточно згасне, коли напруга на акумуляторі буде 12,2-12,4 Вольт, коли акумулятор вимкнений, індикатор горіти не буде.

Сигнал Power Good

Коли ми включаємо напруги на виході не відразу досягають потрібного значення, а приблизно через 0.02 секунди, і щоб виключити подачу зниженої напруги на компоненти ПК, існує спеціальний сигнал "power good", також іноді званий "PWR_OK" або просто "PG", який подається, коли напруги на виходах +12В, +5В і +3.3В досягають діапазону коректних значень. Для подачі цього сигналу виділено спеціальну лінію на ATX роз'єм живлення, що підключається до (№8, сірий провід).

Ще одним споживачем цього сигналу є схема захисту від подачі зниженої напруги (UVP) всередині БП, про яку ще йтиметься - якщо вона буде активна з моменту включення на БП, то вона просто не дасть комп'ютеру включитися, відразу відключаючи БП, оскільки напруги будуть свідомо нижче за номінальні. Тому ця схема включається лише з подачею сигналу Power Good.

Цей сигнал подається схемою моніторингу або ШІМ-контролером (широтно-імпульсна модуляція, що застосовується у всіх сучасних імпульсних БП, через що вони і отримали свою назву, англійська абревіатура - PWM, знайома за сучасними кулерами - для управління їх частотою обертання струм модулюється таким чином.)

Діаграма подачі сигналу Power Good відповідно до специфікації ATX12V.
VAC - змінна напруга, що входить, PS_ON# - сигнал "power on", який подається при натисканні кнопки включення на системному блоці. "O/P" - скорочення для "operating point", тобто. робоче значення. І PWR_OK – це і є сигнал Power Good. T1 менше ніж 500 мс, T2 знаходиться між 0.1 мс і 20 мс, T3 знаходиться між 100 мс і 500 мс, T4 менше або дорівнює 10 мс, T5 більше або дорівнює 16 мс і T6 більше або дорівнює 1 мс.

Захист від подачі зниженої та підвищеної напруги (UVP/OVP)

Захист в обох випадках реалізований за допомогою однієї і тієї ж схеми, що моніторить вихідні напруги +12В, +5В і 3.3В і відключає БП у разі якщо одне з них виявиться вище (OVP - Over Voltage Protection) або нижче (UVP - Under Voltage Protection ) певного значення, яке також називають "точкою спрацьовування". Це основні типи захисту, які в даний час присутні практично у всіх, більш того, стандарт ATX12V вимагає OVP.

Деяку проблему становить те, що і OVP, і UVP зазвичай налаштовані так, що точки спрацьовування знаходяться надто далеко від номінального значення напруги і у випадку з OVP це є прямою відповідністю стандарту ATX12V:

Вихід	Мінімум	Зазвичай	Максимум
+12 V	13.4 V	15.0 V	15.6 V
+5 V	5.74 V	6.3 V	7.0 V
+3.3 V	3.76 V	4.2 V	4.3 V

Тобто. можна зробити БП з точкою спрацьовування OVP по +12В на 15.6В, або +5В на 7В і він все ще сумісний зі стандартом ATX12V.

Такий буде тривалий час видавати, наприклад, 15В замість 12В без спрацьовування захисту, що може призвести до виходу з ладу компонентів ПК.

З іншого боку, стандарт ATX12V чітко обумовлює, що вихідна напруга не повинна відхилятися більш ніж на 5% від номінального значення, але при цьому OVP може бути конфігурована виробником БП на спрацьовування при відхиленні в 30% по лініях +12В і +3.3В 40% – по лінії +5В.

Виробники вибирають значення точок спрацьовування використовуючи ту чи іншу мікросхему моніторингу або ШІМ-контролера, тому що значення цих точок жорстко задані специфікаціями тієї чи іншої конкретної мікросхеми.

Як приклад візьмемо популярну мікросхему моніторингу PS223, яка використовується в деяких, які досі присутні на ринку. Ця мікросхема має такі точки спрацьовування для режимів OVP та UVP:

Вихід	Мінімум	Зазвичай	Максимум
+12 V	13.1 V	13.8 V	14.5 V
+5 V	5.7 V	6.1 V	6.5 V
+3.3 V	3.7 V	3.9 V	4.1 V

Вихід	Мінімум	Зазвичай	Максимум
+12 V	8.5 V	9.0 V	9.5 V
+5 V	3.3 V	3.5 V	3.7 V
+3.3 V	2.0 V	2.2 V	2.4 V

Інші мікросхеми надають інший набір точок спрацьовування.

І ще раз нагадуємо вам, як далеко від нормальних значень напруги зазвичай налаштовані OVP і UVP. Для того щоб вони спрацювали, блок живлення повинен опинитися в дуже складній ситуації. Насправді, дешеві БП, які мають крім OVP/UVP інших типів захисту, виходять із ладу раніше, ніж спрацьовує OVP/UVP.

Захист від перевантаження струмом (OCP)

У випадку з цією технологією (англомовна абревіатура OCP - Over Current Protection) є одне питання, яке слід розглянути більш докладно. За міжнародним стандартом IEC 60950-1 у комп'ютерному обладнанні по жодному провіднику не повинно передаватися більше 240 Вольт-ампер, що у випадку з постійним струмом дає 240 Ватт. Специфікація ATX12V включає вимогу про захист від перевищення струму у всіх ланцюгах. У випадку з найбільш навантаженим ланцюгом 12Вольт ми отримуємо максимально допустимий струм 20Ампер. Звичайно, таке обмеження не дозволяє виготовити БП потужністю більше 300Ват, і для того, щоб його обійти, вихідний ланцюг +12В стали розбивати на дві або більше ліній, кожна з яких мала власну схему захисту від навантаження по струму. Відповідно, всі висновки БП, що мають +12В контакти, розбиваються на кілька груп за кількістю ліній, у деяких випадках на них навіть наноситься кольорове маркування, щоб адекватно розподіляти навантаження по лініях.

Однак у багатьох дешевих БП із заявленими двома лініями +12В на практиці використовується тільки одна схема захисту струму, а всі +12В проводи всередині підключаються до одного виходу. Для того, щоб реалізувати адекватну роботу такої схеми, захист від навантаження по струму спрацьовує не при 20А, а при, наприклад, 40А, і обмеження максимального струму по одному дроту досягається тим, що в реальній системі навантаження +12В завжди розподілена по декільком споживачам та ще більшій кількості дротів.

Більш того, іноді розібратися, чи використовується в даному конкретному БП окремий захист струму для кожної лінії +12В можна, тільки розібравши його і подивившись на кількість і підключення шунтів, що використовуються для вимірювання сили струму (у деяких випадках кількість шунтів може перевищувати кількість ліній, оскільки для вимірювання сили струму однієї лінії можуть використовуватися кілька шунтів).

Різні типи шунтів для виміру сили струму.

Ще одним цікавим моментом є те, що на відміну від захисту від підвищеної/зниженої напруги допустимий рівень струму регулюється виробником БП шляхом підпаювання резисторів того чи іншого номіналу до виходів керуючої мікросхеми. А на дешевих БП, незважаючи на вимоги стандарту ATX12V, цей захист може бути встановлений тільки на лінії +3.3В і +5В, або зовсім відсутні.

Захист від перегріву (OTP)

Як випливає з назви (OTP - Over Temperature Protection), захист від перегріву вимикає блок живлення, якщо температура всередині його корпусу досягає певного значення. Їй оснащені далеко не всі блоки живлення.

У блоках живлення можна побачити термістор, прикріплений до радіатора (хоча в деяких БП він може бути припаяний прямо до друкованої плати). Цей термістор з'єднаний з ланцюгом керування швидкістю обертання вентилятора, він не використовується для захисту від перегріву. У БП, обладнаних захистом від перегріву, зазвичай використовується два термістори – один керувати вентилятором, інший, власне захисту від перегріву.

Захист від короткого замикання (SCP)

Захист від короткого замикання (SCP - Short Circuit Protection) - мабуть, найстаріша з подібних технологій, тому що її дуже легко реалізувати за допомогою пари транзисторів, не використовуючи мікросхему моніторингу. Цей захист обов'язково присутній у будь-якому БП і відключає його у разі короткого замикання в будь-якому з вихідних ланцюгів, щоб уникнути можливої ​​пожежі.