pátek 4. července 2014

Stavba retro laboratorního zdroje zadarmo

Všechna předchozí měření těch různých step-up, step-down a jiných konvertorů jsem prováděl v práci na půjčeném laboratorním zdroji tvrdého elektrického napětí. Zdroj bohužel nebyl pokaždé k dispozici, měření se různě komplikovalo a tak jsem nakonec (až jsem všechno doměřil) dozrál k rozhodnutí postavit si vlastní regulovatelný zdroj stejnosměrného napětí, neboť jsem dodneška žádný neměl (vláčkové trafo z roku 1983 nepočítám, neboť má velmi měkký nefiltrovaný výstup a proudu dá maximálně 1 ampér).

vláčkové trafo z osmdesátých let opravdu neposlouží jako dobrý zdroj

Srdcem celého zařízení musí být spínaný zdroj, aby měl dostatečný výkon a byl zároveň lehký a malý. Jako obvykle jsem položil důraz na pořizovací cenu, takže vítězem se stal ATX zdroj z vyřazeného počítače, který byl zadarmo. Vyroben byl v srpnu 2003, takže už opravdu leccos pamatuje.

Zřejmě díky svému stáří je vevnitř velmi jednoduchý. Řídí ho obvod KA7500B, který je dostatečně podobný obvykle používanému TL494, takže jsem mohl postupovat podle návodu pro úpravy zdrojů s TL494. Návodů na doplnění regulace výstupního napětí jsem našel několik, přičemž ten nejjednodušší byl na dalších webech shazován jako nefunkční, protože ho prý blokují kontroly na podpětí, přepětí a podobně a pak regulace funguje sotva od 8 do 12 voltů.

štítek ATX zdroje, který jsem použil

Můj starý ATX zdroj zdá se žádné takové kontroly nemá, protože po odpájení rezistoru k 12V větvi (a samozřejmě i k 5V větvi) a nahrazením potenciometrem 100 kOhm (jiný jsem neměl po ruce) jsem mohl regulovat napětí od krásných 2,50 V (což je referenční napětí řídicího obvodu KA7500B) až po 13,60 V. Pokud jsem pootočil potenciometrem ještě kousíček víc, zdroj zhasl (zřejmě zaúřadovala přepěťová ochrana) a musel jsem ho vypnout+zapnout, aby  se znovu rozeběhl.

Změřil jsem si tedy, kolik činí maximální hodnota odporu, kdy zdroj ještě jede - 20,8 kOhm - a přemýšlel, co s tím. Ve starých zásobách jsem našel jsem ještě jeden potenciometr, tentokrát 10 kOhm, což je zrovna polovina z těch potřebných 20 kOhm. Jiný jsem neměl, tak jsem se rozhodl použít tento. Musel jsem tedy zpolovičnit hodnotu rezistoru od vývodu č.1 řídicího obvodu k zemi, aby poměr napěťového děliče zůstal stejný. Normálně je tam 4,68 kOhm, tak jsem z jiného mrtvého zdroje vzal ten samý rezistor a připájel ho paralelně ke stávajícímu. Dokonce tam můj zdroj měl i vývody, kde kdysi nějaký rezistor byl připájený, a pak ho zřejmě v QA ucvakli nůžkama, tak jsem ten paralelní dal na jeho místo a vypadá to líp než originál.

takto jsem zapojil regulaci napětí na 12V větvi

Teď zdroj už krásně fungoval a napětí šlo regulovat v celém rozsahu potenciometru. Akorát se výrazně zpomalil jeho ventilátor, sotva se točil a to ještě v závislosti na mnou nastaveném výstupním napětí (pokud jsem měl méně než 5 V, tak se ani neroztočil). O tom se návody také zmiňují a doporučují přepojit ventilátor zdroje na VSB větev +5 V (fialový vodič na ATX napájecím konektoru). Toto napětí je nezávislé a zůstane zachováno i po výše popsané úpravě s potenciometrem. Takže jsem vystopoval, kam vede fialový drát z ATX napájecího konektoru do zdroje, odpájel ho z desky, vzal červený drát od ventilátoru a přepájel ho do místa uvolněného fialovým drátem na desce zdroje. Všechno pečlivě opět sešrouboval a slavnostně spustil.

Bohužel se teď ventilátor točil až moc divoce, a opět jeho rychlost závisela na nastavení výstupního napětí. Chvíli jsem se pokoušel předstírat, že mi to vůbec nevadí a že je dokonce fajn znát nastavenou velikost napětí jen podle sluchu - možná, že po trošce cviku nebudu ani potřeboval voltmetr - ale nakonec ve mě převážila obava, kudy vlastně ten proud ventilátorem vevnitř proboha teď teče, a tak jsem zdroj znovu celý rozdělal. Chápal jsem, že když se napětí na červeném drátu od ventilátoru nemění (je +5 V) a přitom se ventilátor točí divoce, mění se asi napětí na černém drátu, o kterém jsem si předtím bláhově myslel, že je připojený na zem.

originální zapojení ventilátoru v ATX zdroji na -12 V větev

Na webu danyk.cz jsem našel i hromadu schémat zdrojů a tak jsem si je prošel a našel pravděpodobné zapojení toho mého zdroje. Velmi zajímavé! Ventilátor je ve skutečnosti připojen na záporných 12 V ve zdroji! Ventilátor jsem tím pádem omylem zapojil mezi +5 a -12 V, takže běžel až na 17 V (plus moje regulace, mínus regulace dle teploty ve zdroji díky termistoru). Není divu, že dělal zvuky jak vrtulník při startu... No, rychle jsem přepojil černý drát na skutečnou zem ve zdroji a ventilátor se už točí pěkně potichu a netůruje podle toho, jak nastavuju výstupní napětí :-)

Dalším krokem je vestavění voltmetru, abych viděl, jaké výstupní napětí zrovna mám nastaveno. Podařilo se mi z prastarých zásob vylovit modul LCD voltmetru, který jsem si někdy koncem minulého století koupil proto, aby mi ukazoval napětí v palubní síti mého prvního vozidla Škoda 105. Tento vůz totiž za vlhka často odmítal startovat, tím velmi trpěla baterie, díky tomu byla obvykle neustále téměř vybitá a tak jsem měl snahu vestavět do auta voltmetr, který by mi ještě před otočením klíčku ukázal, jestli ten den jedu do práce autem nebo autobusem.

historický displej zepředu

Bohužel tento LCD voltmetr má jednu zásadní vadu - potřebuje pro svůj chod nezávislý zdroj napětí, který není ani zemí spojen s měřeným napětím. V praxi jsem prostě musel mít u displeje další 9V baterii, která se taky často vybila a tak to celé ztratilo půvab, Škoda 105 zrezivěla a tento LCD voltmetr upadl na desítky let v zapomnění. Dnes jsem si na něj vzpomněl a řekl si, že by to bylo celé velmi retro, kdybych ho do zdroje dokázal zabudovat. Akorát kde pro něj vzít ten oddělený zdroj napětí?

historický displej zezadu

Na Ebay jsem našel nějaké "isolated DC/DC converter", ale bohužel byly jen z 5 V na 5 V, zatímco displej potřebuje 9 V. Už už jsem zvažoval, že kromě toho izolovaného převodníku napětí využiju ještě i některý ze step-up konvertorů, které jsem nakoupil při minulých měřeních, a představoval si, jaké to zřetězení konvertorů bude, ale pak mi Vesmír přihrál řádově dokonalejší řešení. V diskusi pod tímto dotazem na můj displej kdosi poradil, že na starých síťových kartách ještě s BNC konektory jsou převodníky napětí z 5 na 9 V a jsou izolované! Znovu jsem se zahrabal do zásob a našel kartu z konce minulého století, která byla určena pro zasíťování mého Atari Falcon. Hle, mám další totálně retro přídavek do laboratorního zdroje!

síťová karta do ISA s BNC a KUS-0509 čipem

Mimochodem, nedařilo se mi vygooglovat, jak má tento KUS zapojených svých 10 vývodů, a tak jsem připájel na ISA sběrnici napájení a proměřil ten obvod voltmetrem, abych našel jeho vstupy a výstupy.

síťová karta zezadu + testovací napájení 5V

Když už jsem byl v ráži, napadlo mě, že správný laboratorní zdroj měří kromě napětí i výstupní proud. Nechtělo se mi shánět další měřidlo, a tak jsem se rozhodl pro přepínání LCD voltmetru mezi měřením výstupního napětí a proudu. Už mi chyběl jen rezistor s odporem 0,01 ohmu, který vydrží proud přes 10 A (což je maximum tohoto zdroje na 12V větvi). Chvíli jsem takový odpor zkoušel najít jako hotovou součástku, pak jsem se probíral nabídkou odporových drátů, ale pořád mi vycházela jejich potřebná délka v milimetrech, což bych těžko udělal přesně.

Nakonec jsem se rozhodl namotat si odpor 10 mOhm sám přímo z měděného drátu. Jako síťař mám po ruce akorát tak CAT5E kabely, tak jsem jeden popadl a změřil, že 663 cm modrého drátu 24AWG má odpor 576 mOhm, což téměř odpovídá tabulkové hodnotě 84,2 mOhm na metr. Informace o maximálním proudu se trošku liší - někde píší 0,58 A, jinde až 3,5 A. Nakonec jsem našel, že vydrží proud až 10 A (když budu tolerovat ohřátí o 50℃). Pro jistotu jsem se rozhodl navinout ten odpor ze tří 34,5 cm drátů paralelně a bylo to.

CAT5E kabel v nouzi poslouží i jako rezistor

V tuto chvíli jsem měl elektroniku kompletní a chyběla akorát bižuterie - jeden spínač pro zapnutí zdroje (tedy uzemnění zeleného drátu z ATX konektoru), jeden přepínač pro přepínání mezi měřením proudu a napětí a dve banánkové zdířky. Jelikož jsem do této chvíle utratil za tento laboratorní zdroj přesně 0 korun, vzal jsem to jako výzvu a rozhodl se dokončit ho za stejnou cenu. Vypínač a přepínač jsem tak vymontoval ze starých kancelářských telefonů (zespodu jsou přepínače pulzní/tónová volba), banánkové zdířky se mi podařilo vyhrabat ze svých dětských zásob a teď už zbývalo jen to nejtěžší - vsadit všechno do elegantního panelu a nějak ho připojit k stávajícímu ATX zdroji.

První logická volba, tedy vytisknout panel či celou krabici na naší 3D tiskárně, bohužel nebyla možná, protože tiskárna je už déle než měsíc na nemocenské a kdo ví, kdy ji +Jaroslav Gajdošík  dá dohromady a bude-li zase tisknout jako dřív (nebo lépe). Bohužel nemám nářadí pro práci s plechem, takže tudy cesta také nevedla. Ze dřeva by to bylo možná elegantní, ale jistě příliš mohutné, málo uzemněné a docela hořlavé.

Po dlouhém dumání jsem ve sklepě našel starší reklamní ceduli, která je z nějakého měkkého plastu tloušťky 5 mm a jal se vyřezávat panel z něj. Nejdřív pracně a nepřesně pilou + rašplí+ pilníkem + vrtákem + lupenkovou pilkou. Až když byl přední panel hotový, zjistil jsem, že se ten plast dá řezat i obyčejným odlamovacím nožem, pokud je nový, ostrý a fest se přitlačí.


Doufal jsem, že plast půjde pevně slepit sekundovým lepidlem, ale na poslední chvíli jsem vyměkl a kolmé spoje pro jistotu zpevnil hliníkovými úhelníčky. Celé to trvalo neúměrně dlouho, ale po třech týdnech jsem to jaksi dokončil.


Hliníkovou lištu jsem nakonec použil i zvenčí, abych umocnil vzhled (a zakryl nepřesné řezy). Do montážních otvorů jsem zasadil jednotlivé součástky a tavnou pistolí vše zalil do nerozebiratelného stavu.

vnitřnosti panelu a dráty propojující jej s ATX zdrojem

Nakonec jsem se tam násilím pokusil vecpat velké množství drátů (dva žluté 12 V, čtyři černé zemnicí, zelený spínací, fialový napájecí, dva dráty k potenciometru plus to klubko tří 34,5 cm drátů tvořících odpor 0,01 ohm) a celek rychle přišroubovat k ATX zdroji. Vzhledem k tomu, že dráty neustále vylézaly jak klubko hadů, povedlo se mi to zvěčnit až zvenčí a to ještě raději potmě, s bleskem. Výsledek mi přijde docela krutopřísný.

přednímu panelu ještě chybí popisky
Jiný pohled odhaluje, jak inovativně jsem to celé napojil na krabici původního zdroje. Lepší je ale pokochat se dvěma USB konektory z boční strany. 5 V ze zdroje lze šikovně použít na napájení/nabíjení až dvou USB zařízení (USB konektory jsem vypáčil z mrtvého notebooku, takže celková cena stále 0,-).


Ačkoliv jsem s výsledkem mimořádně spokojen, už nikdy bych to nechtěl opakovat. Je potřeba zprovoznit 3D tiskárnu a panel jednou v CADu vymodelovat a pak jednoduše víckrát vytisknout bez všech těch nepřesných řezů, sekundových lepidel, hliníkových lišt a boje v nepřístupném vnitřním prostoru.

Dobrá zpráva je, že ten elektrický postup úpravy ATX zdroje je poměrně jednoduše reprodukovatelný, neboť jsem už stejně upravil druhý kus a chystám se na dva další. Mechanickou stránku věci je ale potřeba ještě pořádně doladit :-)

16 komentářů:

  1. ještě chybí foto s tím madlem ne ? KK

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. Madlo jsem už bohužel koupil za peníze a přimontoval ho dodatečně, takže to zmíním až jako verzi 2.0, která už není zadarmo :-)

      Vymazat
  2. Tys tenh KUS vyřízl i s ISA sběrnicí ?? Brutus ...

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. Nikoliv, KUSkus jsem pečlivě vypájel, obratem zapájel do univerzální destičky a kolem udělal ještě rozvod napájení +5V k USB, přepínání měření proud/napětí a připojení jednoho konce ručně motaného rezistoru k hlavní větvi +12 V.
      Ovšem zapomněl jsem to vyfotit a teď už je to naprosto nepřístupné, zabetonované v krabičce a snad to už ani nikdy nebude muset na světlo boží :)

      Vymazat
  3. Dobrý večer prajem,
    super spracovaný článok ! Však mám jednu otázku ak nevadí.
    Či Vám nechýba vo vašej schéme rezistor 1K, ako to má Danyk ?
    Pýtam sa, lebo mám doma rezistory 4K7 a potenciometer 10K, nech niečo neodrbem.
    Ďakujem :)

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. Díky za pochvalu. Ten rezistor v sérii s potenciometrem nastavuje nejnižší výstupní napětí. Danykových 1k nastavuje 3V, já rezistor nemám, tak funguju od 2,5 V.

      Vymazat
  4. Ďakujem za rýchlu odpoveď :)
    Ináč fakt super články, už som tu viac - krát bol aj kvôli Arduinu.
    Najviac sa mi páčil Váš článok s 1-wire zbernicou keď ste hľadal chybu :D
    Nech sa Vám darí.

    OdpovědětVymazat
  5. Dobrý deň,
    vďaka vášmu návodu sa mi podarilo upraviť 2 zdroje na regulovateľné od 2,5 do cca 14,6V.
    Pustil som sa do tretieho a narazil som na problém zdroj pri regulácii pod 8V sa vypne.
    Hľadám na nete a čítam ako sa zbaviť aby zdroj sa nevypínal, čiže ako vyradiť ochranu vypínania pri

    podpätí prepätí. Niekto uzemneňuje PIN č. 4 na TL494, potom sú názory že to nieje správne.
    Natrafil som na 2 zaujímavé články, no moja angličtine nieje nič moc.
    http://planetimming.com/atx_mod/atx_mod.html
    http://hackaday.com/2013/08/30/disabling-underover-voltage-protection-on-atx-power-supplies/
    Uzemniť všetky 4 Piny (1,2,3,4) sa mi nezdá moc rozumné.
    Zrejme skúsim to takto :
    pin 1 riadime vetvu cez napäťový delič
    pin 2 neviem na čo slúži
    pin 3 ak nepomôže uzemniť pin č4, tak uzemniť aj pin č.3
    pin 4 ak ho uzemníme mal by zakázať vypínanie pri podpätí prepätí (nie vždy to stačí)
    pin 5 GND
    Privítam každý názor, ďakujem.

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. Osobně jsem ten problém se zdroji s podpěťovou ochranou vyřešil tak, že je nepředělávám - nechce se mi s tím .... dělat. Uzemňovat náhodné piny TL494 je celkem šílenství. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl494.pdf
      On by se ten zdroj měl předělat pořádně, viděl jsem na to nějaké návody, ale bylo to jak stavba úplně nového zdroje, z původní elektroniky nezůstalo prakticky nic. To mi za to nestojí...

      Vymazat
  6. Tak som skúsil ten zdroj čo vypínal pod 8V a uzemnil som PIN 4 a zdroj mi už ide rozmedzí 4,8 - 14,7V.
    Zaujímavé, že na ňom musí byť pri potenciometri 10k odpor 4K7. Pri tých prvých dvoch som použil na jednom odpor 2000 a na druhom 2500 ohm a potenciometre 10K. Myslené napäťový delič na PIN 1. Čo zdroj to exemplár.
    Skúšal som ho chvíľku zaťažiť cca 50W a ani s ním nemrkne, neklesá napätie :)
    Ďakujem za pomoc.

    OdpovědětVymazat
    Odpovědi
    1. Díky za zprávu. Osobně bych se do uzemňování pinů bez pochopení schématu zdroje nepustil, takže jsem rád, že jste prošlapal cestičku :-)

      Vymazat
  7. Peter v prvom rade ja ďakujem vám za skvelé návody a rady.
    Zdroj i chodí aj po pár dňoch testovania s pripojeným pinom č.4 na GND Veselý obličej
    Možno to má maličký nedostatok, ak je zdroj nastavený povedzme na 12,00 V bez záťaže a pridáme záťaž 50W tak vybehne napätie na 12,20V. Pre mňa je to nepodstatný detail. Taktiež som pripojil ventilátor na +5VSB a GND, takže sa nemenia otáčky ventilátora počas regulácie a chladenie je postačujúce.
    Zdroj je stabilný a dobre sa reguluje aj so záťažou.

    OdpovědětVymazat
  8. Pekna prace,taky se chystam na neco podobneho jen si doplnim ampermetr a potaky dam dva-jemny a hruby. Nezkousel jste nekdo dodelat jeste omezeni proudu???

    OdpovědětVymazat
  9. Sice je toto starší post ale jako tip se to šikne. Bočník nebo prostě rezistor o malém odporu zvládající velké proudy se dá udělat z trafoplechu.
    A osobní poznámka - laboratorní zdroj jedině lineární. Spínaný je zlo.

    OdpovědětVymazat
  10. Sice je toto starší post ale jako tip se to šikne. Bočník nebo prostě rezistor o malém odporu zvládající velké proudy se dá udělat z trafoplechu.
    A osobní poznámka - laboratorní zdroj jedině lineární. Spínaný je zlo.

    OdpovědětVymazat