- Увага Проект розроблявся в 2011 році, коли ще досить складно було придбати готові корпусу з вбудованим...
- теорія
- Перетворювач напруги
- Основна плата
- висновок
Увага
Наша сеть партнеров Banwar
Проект розроблявся в 2011 році, коли ще досить складно було придбати готові корпусу з вбудованим перетворювачем напруги, в зв'язку з чим на сьогоднішній день актуальним його назвати не можна. Залишаю його у відкритому доступі тільки для історії.
Передісторія
Одного вечора, лягаючи спати під веселе дзижчання системника, я задумався - а навіщо мені такий гучний комп'ютер? Так в голові поступово почала проявлятися ідея тихого комп'ютера, такого, на якому можна було б дивитися фільми і цілком комфортно працювати.
Відразу обмовлюся - тихий не обов'язково означає безвентиляторний, навіть невелике активне охолодження значно покращує температурний режим компонентів. Просто мені хотілося, щоб я його не чув, сидячи на відстані метра. У той час як раз почалося масове поширення Intel Atom, тому перший такого роду комп'ютер був зібраний на платі D945GSEJT від Intel. На жаль, плата огидно відтворювала відео, а вже про флеш-плеєрах в інтернеті можна було взагалі забути.
Загалом, комп'ютер був перекваліфікований в домашній сервер, а я на довгий час припинив пошук, поки мені на очі не попалася плата AT5IONT-I від ASUS, що включає в себе інтегровану відеокарту на базі ION2.
ION2 обіцяв апаратне декодування відео аж до 1080p (обіцянку, до речі, збулося). Платити за це в підсумку довелося підвищеним енергоспоживанням, але, як на мене, 40Вт для комп'ютера - це нормально (хоча хочеться ще менше). До того ж мені сподобався досить великий радіатор з тепловими трубками. Єдине, чого не вистачало для тиші - блоку живлення. Я було спробував живити плату від якогось блок з APFC, але йому не сподобалося в тісноті столу, і він грівся більше, ніж материнка, що в підсумку і призвело його до скону. Наступний блок живлення цілий місяць плутався у мене на столі, поки я не зважився нарешті зробити свій власний блок живлення, з блекджек і повіями без вентиляторів і з харчуванням від ноутбучних 19В.
теорія
По-перше, комп'ютерний блок живлення повинен бути імпульсним. Це дозволяє істотно зменшити габарити БП і поліпшити ККД. По-друге, я вирішив не робити трансформаторний перетворювач (шанувальники TL494 і іже з ними зараз закидають мене цеглою). Це рішення пов'язане з тим, що зробити трансформаторний блок живлення, що забезпечує кілька напруг, завдання непросте. При гарній навантаженні на одному каналі напруга на іншому виростає. У традиційних комп'ютерних БП ця проблема вирішена не дуже красиво. Зворотній зв'язок береться з каналів + 12В і + 5В з різними коефіцієнтами. Таким чином, традиційний БП частково стабілізує 12 і частково 5 Вольт і при нерівномірному навантаженні перекіс все-таки присутня. Частково ситуацію рятує використання ДГС (дроселя групової стабілізації), що по суті є невеликим трансформатор, однак і він не вирішує проблему повністю
Цього недоліку позбавлені блоки живлення, в яких кожен канал має власний стабілізатор. Робити кожен канал з трансформатором мені зовсім не хотілося, тому було вирішено робити звичайний понижуючий перетворювач, але з синхронним випрямленням. Синхронний випрямляч покращує ККД перетворювача за рахунок зникнення втрат на діоді і додатково дає можливість захисту виходу від пробою верхнього транзистора. У разі пробою нижній транзистор, відкриваючись в покладений йому момент часу, закорачивает собою джерело живлення і навіть якщо він теж проб'ється, на виході все одно не з'явиться небезпечної напруги.
У пошуках готових рішень я знайшов в інтернеті цілу купу мікросхем. Це LM3150, LTC3891, LTC1149 і багато інших. На жаль, жодна з цих мікросхем по-перше, не валялася в тумбочці, а по-друге, не була легко доступною або в плані наявності у постачальників, або в плані ціни. Тому я вирішив зайнятися проктолог знайти інший шлях.
Рішення вийшло простим. Три однакових модуля перетворювача (12В, 5В, 3.3В), що відрізняються тільки дільником в зворотного зв'язку, впаюються в основну плату, яка забезпечує комутацію вихідних напруг, захист від перевантажень і включення / відключення блоку живлення.
Перетворювач напруги
Ідея перетворювача напруги була взята звідси , Схема сподобалася доступністю деталей, простотою і відносною дешевизною (більшу частину деталей я наколупав у себе в тумбочці). З мінімумом змін (драйвер напівмоста був замінений на IR2184, польовики на IRL3713, добавлена снабберная ланцюжок) схема благополучно перекочувала до мене. Харчування ШІМ-контролера і драйвера береться від зовнішнього стабілізатора 12В (він живить все 3 каналу БП і розташований на основній платі)
Малюнок 1 - Схема понижуючого перетворювача з синхронним випрямленням.
Основу перетворювача складає ШІМ-контролер LM2575. Він працює на фіксованій частоті 52кГц і здатний без зовнішніх транзисторів забезпечити в навантаженні струм до 3А. Однак, сам по собі для роботи в складі синхронного перетворювача він не годиться. Для цього з ним в парі працює драйвер IR2184. Він забезпечує необхідне мертве час при перемиканні транзисторів і ток управління затворами до 2А. Транзистори вибиралися виходячи з опору каналу і допустимого напруги. Прекрасно підійшли IRL3713 (2МОм, 30В). Діод - будь ultrafast типу HER103-105. Індуктивність була намотана на сердечнику від ДГС (дроселя групової стабілізації) звичайного ATX блоку живлення складеним в 4 жили емальованим дротом Ø = 0.63мм. Намотування лягла акуратно в два шари, при цьому індуктивність вийшла близько 80мкГн. Кількість витків точно не пам'ятаю, але десь трохи більше 30.
Поз. Обозн. Найменування Кількість Примітка VD1 HER103 1 C1 470.0x16V 1 C2 0.1 1 SMD 0805 C3, C4 1мкФ 2 Кераміка C5, C6, C11 0.1мкФ 3 Кераміка C7..C10 1000.0x (6.3V, 16V в залежності від вихідної напруги) 4 DA1 LM2575 1 TO220-5 DD1 IR2184 1 DIP8 VT1, VT2 IRL3713 2 TO220 L1 80мкГн 5A 1 Сердечник T106-26 від ДГС X1..X5 PLD6-R 5 Кутова вилка PLD6 R1, R2 Підбирається під вихідна напруга 2 SMD 0805 R3 360 1 SMD 0805 R4 1k 1 SMD 0805 (краще 2 по 2k в парралель) R5, R7..R9 10 Ом 4 SMD 0805 R6 10 Ом 1 0.5W
Транзистори і ШІМ-контролер встановлюються через теплопровідні прокладки на загальний радіатор. Втім, без нього можна і обійтися, у мене він більше для краси.
Малюнок 2 - Плата перетворювача - вид зверху.
Малюнок 3 - Плата перетворювача - вид знизу.
Основна плата
Мозком і щупальцями основної плати є супервизор напруг TPS3510P від Texas instruments. Зараз такі мікросхеми вже цілком доступні, з аналогів - WT7510. Мікросхема забезпечує правильний запуск, контроль вихідних напруг блоку харчування, формування сигналу PowerGood і відключення при виході напружень за допустимі межі. Детальніше можна почитати в документації на мікросхеми або тут російською мовою з купою додаткової інформації та прикладами схемотехніки супервизоров.
Малюнок 4 - Схема блоку живлення.
Схема проста і повинна працювати з полпинка. Транзистори VT4 і VT5 забезпечують управління польовиком, коммутирующими навантаження, транзистор VT6 при зниженні напруги в каналі 12В нижче порога, що задається подільником R6-R7, відкривається і транзистор VT7 закорачивает вимірювальний канал 3.3В, сигналізуючи про несправності. На таку хитрість довелося піти в зв'язку з тим, що супервізор не контролює просідання напруги в каналі 12В. Діоди VD7 і VD8 забезпечують супервизор харчуванням, а на DA3 зібраний найпростіший перетворювач на 12В. До речі, практично всі електролітичні конденсатори краще ставити Low-ESR ( "комп'ютерні"). Чи не поскупився - не буде проблем в подальшому.
Поз. Обозн. Найменування Кількість Примітка C1 330.0x25V 1 C2, C5, C8, C11, C18, C27 0.47x63V 6 С5, С8, С11 - вимогливі до імпульсного струму C3, C4, C6, C7 220.0x35V 4 C9, C10, C14, C19 ..C26 1000.0x6.3V 11 C12, C13, C15..C17, C28, C29 470.0x16V 7 R1, R5, R7, R8, R10, R12, R15 1k 7 R2..R4,14 4k7 4 R6 1k5 1 R9 10k 1 R11 10 1 R13 39k 1 R16 2k 1 R17 220 1 VD1, VD9 HER102 2 VD2, VD3, VD10 1N5351 3 VD4 1N5341 1 VD5 1N5337 1 VD6 BZV85C5V1 1 Стабилитрон 5.1В VD7, VD8 1N4148 2 VT1 IRF4905 1 TO-220 VT2 , VT3 IRL3713 2 TO-220 VT4..VT6 BC327 3 TO-92 VT7 BC337 1 TO-92 A1 STEPDOWN 12V 1 A2 STEPDOWN 5V 1 A3 STEPDOWN 3.3V 1 DA1 LM7812 1 TO-220 DA2 TPS3510P 1 DIP8, заміна - WT7510 DA3 LM2575 1 TO220-5 F1, F3..F5 5A 4 Автомобільний запобіжник F2, F7 1A 2 самовідновлюється F6 3A 1 самовідновлюється L1, L2 чого не шкода 2 виколупати з мережевого фільтр L3 220мкГн 1 X1 PZK3000-2 1 Пружинний клеммник
Малюнок 5 - Плата блоку живлення.
Схеми, викладені на цій сторінці, я про всяк випадок продублював у вигляді PDF-файлу , А плати для бажаючих повторити викладаю в найбільш універсальному форматі - gerber.
висновок
Правильно зібраний пристрій в налагодженні практично не потребує. Єдине, що потрібно зробити - це підібрати резистори для зворотного зв'язку в модулях перетворювача. Представлений на фото нижче зразок працює у мене з початку серпня 2011р і жодного разу не ламався. Зламається - напишу :)
Малюнок 6 - Фото: вид спереду.
Малюнок 7 - Фото: вид зверху.