Nowa wersja płytki adaptera PSU-UPS — prototyp

Niedawno pokazywałem przykład przeróbki zasilacza UPS firmy Mean Well, w której wykorzystałem własną płytkę. Wtedy użyłem starszej wersji płytki, mającej pewne wady wynikające z prostoty układu. Dziś pokażę nową wersję płytki, pozbawioną wad poprzedniego układu.

To pierwsza część artykułu. W drugiej pokażę zastosowanie płytki w docelowym zasilaczu.

Przypominam: żeby być na bieżąco z nowymi tematami na blogu, polecam obserwować mój Instagram. Będę tam publikować powiadomienia o nowych wpisach, a może też pisać po prostu o czymś ciekawym — link do konta

Można też subskrybować aktualizacje i nowe artykuły na kanale Telegram — https://t.me/KirichBlog


Przypomnę, że ostatnio przerabiałem zasilacz UPS firmy Mean Well, a konkretnie jego starszą wersję oznaczoną AD-55.


Układ został mocno uproszczony i w zasadzie był to wzmocniony wariant układu sprzed dziewięciu lat, o którym już pisałem.
Główne wady tamtego układu:
1. Duży spadek napięcia na diodzie zabezpieczającej podczas pracy z akumulatora — około 0,4-0,5 V szło „w powietrze”.
2. Duże „przestrzelenie” napięcia podczas ładowania; pod koniec napięcie „uciekało” do 14,4 V.
3. Trudność z ustawieniem prądu ładowania powyżej 1,5-2 A z powodu mocnego nagrzewania się rezystora pomiarowego


W nowym układzie wymienione wady zostały usunięte, choć sam układ stał się bardziej złożony.
Na czarno zaznaczono właściwy układ główny.
Na czerwono — układ sygnalizacji zakończenia ładowania.
Na zielono — układ automatycznego „zimnego” startu.
Na niebiesko — układ automatycznego uruchamiania płytki zabezpieczającej, jeśli jest zamontowana i po całkowitym rozładowaniu pozostaje zablokowana do chwili pojawienia się napięcia na jej wejściu.

Od razu zaznaczę, że „niebieski” układ nie został sprawdzony, więc to tylko szkic. Zielony był testowany, ale bez diody zabezpieczającej i rezystora. Dodałem je jako zabezpieczenie kondensatorów na wypadek długotrwałego odwrotnego podłączenia akumulatora.
O czerwonym układzie napiszę osobno. Dodano go tutaj tylko dlatego, że zastosowano podwójny wzmacniacz operacyjny i został „wolny” kanał. A ponieważ wzmacniacza operacyjnego można użyć jako komparatora, a na płytce jest źródło napięcia odniesienia oparte na diodzie Zenera VD1, można na nim zrealizować na przykład sygnał informujący o wstępnym rozładowaniu akumulatora. W moim przypadku układ jest zamontowany na płytce, ale go nie używałem.

Jak widać, układ pomiaru prądu jest bardzo podobny do znanych chińskich płytek — trudno tu wymyślić coś nowego.
Rezystory R4 i R5 najlepiej zastosować precyzyjne, ale nie tyle ze względu na dokładność, co na niższy współczynnik temperaturowy.

Układ i wartości elementów nieco różnią się od tych pokazanych w artykule, ponieważ tam przedstawiony jest prototyp, a tutaj układ jest bliższy wersji ostatecznej.


Na pokazanym projekcie ścieżek poprawiłem też kilka błędów prototypu i dodałem bezpiecznik.


Dalej standardowo: metoda termotransferowa, trawienie itd.
Przy okazji pytano mnie, jakiego topnika używam. Podczas wykonywania płytki korzystam z naszego F3. Jest też zmywalny wodą F5; gdy skończy mi się pierwszy, przejdę na drugi. Topnika używam jednak tylko przy wykonywaniu płytki, potem go zmywam i korzystam wyłącznie z topnika zawartego w spoiwie lutowniczym — to w zupełności wystarcza i jest wyraźnie czyściej.

Pytano mnie też, dlaczego metoda termotransferowa, a nie fotorezyst. Odpowiedź jest prosta: mam ten proces tak dobrze opanowany, że na tle całej reszty nawet go nie zauważam. Zdarzyło mi się nie robić płytek przez jakieś półtora-dwa lata, a potem od razu, bez problemu, wykonałem jedną, gdy była potrzebna.



Od razu robiłem też płytkę do innego projektu, ale „coś poszło nie tak” i nie zadziałała zgodnie z założeniami.


Ponieważ był to prototyp, po drodze poprawiałem błędy w projekcie ścieżek. Jeden z nich „wędrował” przez mniej więcej 10 ostatnich etapów trasowania. Nawet nie zauważyłem, że tam jest — po prostu przenosiłem go z etapu na etap.


Płytkę trzeba na czymś przetestować, więc postanowiłem użyć jednego z zasilaczy 12 V, które kiedyś recenzowałem. Te zasilacze są oczywiście trochę za słabe do takiego zadania, ale do prototypu w zupełności wystarczą.


Trzeba było jednak wprowadzić dwie zmiany:
1. Przeciąć ścieżkę układu zabezpieczenia nadnapięciowego (OVP)
2. Podnieść napięcie wyjściowe do 13,8 V.

Schemat zasilacza jest w recenzji, link powyżej.


Napięcie wyszło nieco niższe od wymaganego, ale do prototypu i tak wystarczy. Na przyszłość polecam stosować rezystory stałe, a jeśli montujecie potencjometr montażowy, to KONIECZNIE w dolnym ramieniu dzielnika!!!


Czwarta pozytywna zmiana: pod względem układowym podłączenie tej płytki jest prostsze niż poprzedniej. Nie trzeba przecinać ścieżki w obwodzie minusa sprzężenia zwrotnego zasilacza i w praktyce, poza sygnałem CC, płytkę podłącza się po prostu między zasilaczem a akumulatorem.


W praktyce podłączenie wygląda mniej więcej tak: plus i minus po prostu do wyjścia zasilacza, sygnał CC do katody diody Zenera zasilacza albo do nóżki transoptora.


Pierwszy test: dobór wartości kondensatora kompensacyjnego w pętli sprzężenia zwrotnego na płytce. Chciałem też zwiększyć prąd ładowania.


Początkowo na płytce były dwa równolegle połączone boczniki 40 mΩ, czyli 20 mΩ. Dodałem trzeci i skorygowałem dzielnik. Prąd wzrósł, ale i tak był jakoś mniejszy od oczekiwanego.


Potem pomyślałem, żeby trochę rozładować akumulator, a przy okazji sprawdzić, jak płytka działa w pełnym cyklu.
Podłączamy żarówkę jako obciążenie, czekamy chwilę i włączamy zasilacz do gniazdka. Otrzymujemy 2,35 A.
Mój dzielnik miał 10 kΩ u góry i 150 Ω na dole, czyli w przybliżeniu 66:1, bocznik 13,3 mΩ, a zatem:
Napięcie odniesienia 2,5 V, po dzielniku około 38 mV.
Obliczony prąd: 0,0375/0,0133=2,8 A.

Dlaczego wyszło mniej? Po pierwsze, przez tolerancję samych rezystorów (dzielnika i bocznika), a po drugie przez TCR — wartość dolnego rezystora „odpłynęła” w dół, więc prąd też się zmniejszył. Właśnie dlatego polecam stosować precyzyjne rezystory.
Tak naprawdę ważniejsze jest, żeby prąd nie „odpływał” w górę. Reszta nie ma większego znaczenia — najważniejsze, że jest prawidłowo ograniczany i ładowanie przebiega.

Obliczony spadek napięcia przy prądzie wyjściowym 5 A wynosi 0,065 V, czyli wyraźnie mniej niż 0,4–0,5 V na diodzie. Nie ma żadnego wzrostu napięcia. Co prawda pod sam koniec ładowania układ będzie „dociągał” wolniej, bo rezystor 13 mΩ jest faktycznie włączony szeregowo z akumulatorem, ale czym jest 13 mΩ wobec rezystancji przewodów, płytki zabezpieczającej, styków przekaźnika itp.?
Można oczywiście również tutaj odciąć minus diody Zenera w pętli sprzężenia zwrotnego zasilacza, żeby skompensować spadek napięcia na boczniku podczas ładowania, ale moim zdaniem nie ma to żadnego sensu.


A więc na ten moment cel został osiągnięty. Zdradzę z wyprzedzeniem, że udało się go osiągnąć również w docelowym zasilaczu, ale o tym innym razem.

Na dziś to wszystko. Mam nadzieję, że było przydatne i że podobne przeróbki będą potrzebne jak najrzadziej.