PSU-UPS适配器板新版本：原型

不久前我发布过一个改造Mean Well UPS的案例，当时用到了我自己设计的电路板。那次用的是旧版电路板，由于电路设计比较简单，存在一些不足。今天我来介绍新版电路板，它解决了上一版电路的这些问题。

这是文章的第一部分，第二部分会展示它在目标电源中的应用。

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再提醒一下，上次改造的是Mean Well的一款UPS，具体来说是比较老的AD-55型号。


电路大幅简化，本质上是九年前那套电路的增强版，我之前已经介绍过。
那套电路的主要缺点：
1. 电池供电时，反向二极管上的压降很大，大约有0.4-0.5 V白白损耗掉。
2. 充电过程中电压容易“冲高”，充电结束时电压会“跑”到14.4 V。
3. 由于电流检测电阻发热严重，充电电流很难设到1.5-2 A以上。


新电路解决了上述问题，不过电路也变得更复杂了。
黑色部分是主电路。
红色部分是充电结束指示电路。
绿色部分是“冷启动”自动启动电路。
蓝色部分是保护板自动启动电路（如果有保护板的话）；电池完全放电后，保护板会锁定，直到其输入端出现电压才会解锁。

先说明一下，“蓝色”部分还没有验证，所以目前只是个草图。绿色部分测试过，但当时没有加保护二极管和电阻；后来加上它们，是为了防止电池长时间反接时损坏电容。
红色部分单独说一下：这里加它只是因为用了双运放，还剩下一个“多余”的通道。运放也可以用作比较器，而且电路板上有一个基于稳压二极管VD1的基准电压源，因此可以用它来产生电池即将放电的提示信号之类的功能。我的电路板上焊了这部分，但没有使用。

可以看到，电流检测电路和常见的中国电路板很像，这方面确实很难想出什么新花样。
R4和R5最好选精密电阻，但主要不是为了精度，而是因为它们的温度系数更低。

电路和元件参数与文章中展示的略有不同，因为文章里的是原型，下面这版电路更接近最终版本。


图中展示的PCB走线也修正了原型中的一些错误，并且增加了保险丝。


接下来就是常规流程：熨斗转印、蚀刻等等。
顺便说一下，有人问我用什么助焊剂。制作电路板时我用的是国产F3，另外还有水洗型F5。等F3用完，我就换成F5。不过我只在制作电路板时用助焊剂，之后会把它洗掉；焊接时只用焊锡丝自带的助焊剂就够了，而且焊完明显更干净。

也有人问我为什么用熨斗转印，而不用光刻法。答案很简单：这套流程我已经熟练到几乎感觉不到它的存在了。大概有一年半到两年没做过电路板，后来需要时还是一下就做好了，完全没遇到问题。



我还顺手给另一个项目做了块电路板，但“出了点岔子”，没能按预想的方式工作。


因为这是原型板，我也顺便修正了走线错误。其中有一个错误在走线过程的最后大约10个阶段里一直“跟着我”，我甚至没注意到它的存在，只是每个阶段都照样把它带了过去。


电路板得找个电源试试，于是我决定用之前评测过的其中一款12 V电源。这些电源的功率当然不太够，但用来测试原型完全足够。


不过需要做两处改动：
1. 切断过压保护（OVP）电路的走线。
2. 将输出电压调高到13.8 V。

电源的电路图在评测文章里，上面有链接。


最终电压比要求值略低，不过还是那句话，用来测试原型足够了。 今后建议使用固定电阻；如果要用可调电阻，务必把它接在分压器的下臂！！！


第四个改进是，从电路设计上看，这块板的接法比上一版简单，不用切断电源负反馈回路中的负极走线；实际上，除了CC信号外，这块板只需接在电源和电池之间即可。


实际接起来大概是这样：正负极直接接电源输出端，CC信号接电源稳压二极管的阴极，或者接光耦的引脚。


第一次测试是调整板上反馈补偿电容的参数，另外也想把充电电流调高一些。


原先板上并联了两个40 mΩ的分流电阻，也就是20 mΩ；我又加了第三个，并调整了分压器，电流确实上去了，但还是比预期小一些。


之后我想了想，要不先给电池放掉一点电，顺便看看这块板在完整充电周期中的工作情况。
接上灯泡作为负载，等一会儿，再把电源插上，测得2.35 A。
我的分压器上臂是10 kΩ，下臂是150 Ω，也就是大约66:1；分流电阻为13.3 mΩ，因此：
基准电压为2.5 V，经过分压后约为38 mV。
计算电流为0.0375/0.0133=2.8 A。

为什么实际电流更小？首先是电阻本身的误差（分压器和分流电阻），其次是温度系数，下臂电阻的阻值“跑偏”变小了，所以电流也变小了。这就是我建议使用精密电阻的原因。
不过实际上，更重要的是别让电流“跑偏”变大；其他方面说到底没那么重要，关键是电流能被正确限制，充电过程也能正常进行。

输出电流为5 A时，电路的计算压降为0.065 V，显然小于二极管的0.4–0.5 V，而且完全没有电压偏高的问题。只是充电快结束时，电路会“补”得慢一些，因为实际上13 mΩ的电阻与电池串联了。不过，和导线、电池保护板、继电器触点等的电阻相比，13 mΩ又算得了什么？
当然，也可以像这里这样切断电源反馈回路中稳压二极管的负极，以补偿充电时分流电阻上的压降，但在我看来完全没必要。


好了，目前目标已经达成。先透露一下，目标电源也改好了，不过这事下次再说。

今天就先到这里，希望这些内容对你有帮助，也希望以后尽量少遇到需要做这类改装的情况。