Схема БП для ноутбука с управлением выходного напряжения питания

Эффективная схема бп для ноутбука на микросхеме MIC29752 и контроллером FAN собственными руками


Схема БП — много лет назад (сентябрь 2009 года) я сделал простой настольный источник питания, используя линейный стабилизатор LT1083 7.5A с регулируемым выходным напряжением, предназначенный для использования с блоком питания ноутбука 19.5V и 3.42A.

Он по-прежнему работает нормально после нескольких лет эксплуатации, но мой выбор выходных разъемов питания был не совсем таким как надо(3-контактные разъемы, используемые для вентиляторов ПК), разъем был установлен на плате и охлаждение иногда было проблемой, поэтому пришло время для доработки!

Схема БП-1 Схема БП-2

Схема БП-3
Старая схема регулятора

Схема бп — модернизация

Реальная настольная схема бп обычно имеет такие функции, как регулируемое ограничение тока и установленные дисплеи, показывающие напряжение и ток. Я продолжал пользоваться этими простыми функциями, поэтому ничего не было добавлено, к тому же я не хотел тратить слишком много времени на новый проект. Дисплеи и ограничители тока могут быть легко добавлены позже в любом случае, между выходом блока питания и нагрузкой.

ИС регулятора LT1083 больше не производятся, однако в Китае их еще можно приобрести, но скорее всего они являются подделками. Я обнаружил, что регулятор напряжения MIC29752 очень похож, с несколькими дополнительными функциями, такими как контактный вывод, позволяющий упростить управление питанием, что хорошо, так как я хотел удалить оригинальный выключатель питания и использовать какую-то полупроводниковую конструкцию.

Схема БП-4
Новый блок питания

Мне часто требовалось так, чтобы схема бп могла бы обеспечивать второе напряжение питания, поэтому вспомогательный выход добавлялся при помощи микросхемы LM317 с регулируемым выходным напряжением, используя при этом небольшой потенциометр подстройки. В первой ревизии печатной платы все провода были подключены неправильно (на базе L78M), и после подачи питания на плату стабилизатор быстро пробило, оставив в нем маленькое отверстие.

Схема БП-5

Замена корпуса микросхемы

Я также заметил, что корпус SOT-223 у LM317 имел гораздо более низкое тепловое сопротивление перехода к плате и более высокий предел тока, чем более крупный корпус SOT-252-3/DPAK, что казалось необычным, поэтому я взял оба типа и попробовал их на плате. В итоге я определил, что SOT-223 способен рассеивать гораздо больше энергии, чем более крупный корпус SOT-252, прежде чем он начал ограничивать себя по температуре. Я думал, что это должно-бы быть наоборот? Не волнуйтесь, корпус SOT-223 прекрасно устанавливается вместо SOT-252.

Схема БП-6
Схема БП-7 Схема БП-8

Старый блок питания также имел перемычку селектора на 6 диапазонов напряжения; 3В, 5В, 7В, 9В, 12В и 19В. Я думаю, что я когда-либо использовал только диапазоны 5 В, 12 В и 19 В, так что это все, что есть у нового блока питания.

Читайте также:  Схема блока питания ATX 200W

Схема БП-9 Перемычки на плате-010

Все эти микросхемы регулятора должны иметь минимальный ток нагрузки 5-10 мА, чтобы поддерживать стабильное выходное напряжение, поэтому к каждому выходу был добавлен приемник постоянного тока 8,5 мА. У старого блока питания не было ничего для создания минимальной токовой нагрузки, но я никогда не замечал никаких проблем. Резисторы обратной связи, вероятно, потребляли достаточно тока для поддержания стабильности.

Схема бп — управление питанием

Теперь управление питанием осуществляется с помощью 2 кнопок со встроенными светодиодами, которые прикреплены к небольшой, полностью аналоговой, вставной плате управления для устранения неисправностей и управления выводом включения главной ИС регулятора. Плата управления может быть заменена, что позволяет изменять поведение кнопок и светодиодов или даже внешнее управление источником питания.

В данный момент левая кнопка выключает питание, а правая включает его. Удерживание кнопки «выкл» превращает кнопку «вкл» в кнопку с кратковременным включением, что полезно, когда вы хотите лишь ненадолго подать питание для тестирования.

Индикаторы-10 Схема БП-11
Схема БП-12

Схема БП-13
Схема платы управления

Схема управления имеет несколько больше компонентов, чем большинство компенсирующих схем компаратора. Но я хотел, чтобы он запомнил состояние включения/выключения примерно на 250 мс после потери питания (состояние сохраняется в C2), поскольку блок питания ноутбука циклически включается-выключается-выключается во время перегрузки. Мне это было не нужно, чтобы регулятор сбрасывался обратно, чтобы выключить, когда это произошло.

Он также должен был уметь обрабатывать дребезжание, когда обе кнопки нажимаются одновременно при формировании функции мгновенного включения «вкл». Q2 инвертирует выход компаратора, при этом Q1 необходим, иначе Q2 никогда не отключится, так как ток может пройти через R8 и R4 на землю. Имитируйте схему в [Falstad Circuit Sim].

Выходных разъемы схемы бп

Что касается новых выходных разъемов питания, я очень люблю прикреплять зажимы «крокодил» на винты. Также были добавлены винтовые клеммные колодки и несколько обычных выводов для более слабых токов. Разъемы для подачи питания также похожи; винты, клеммные колодки и 2,5-мм разъем постоянного тока для питания ноутбука. Я полностью забыл о коннекторах типа «банан»; хотя можно было бы подумать о добавлении их тоже. В центре платы установлены четыре винта, которые используются для обхода входного диода, если это необходимо.

Вентилятор на плате-14

Был также разработан новый специальный радиатор. Я хотел, чтобы радиатор был многоцелевым; чтобы быть крепкой точкой монтажа для печатной платы. С добавленным весом, блок питания должен быть надежно закреплен, а регулятор оставался прохладным. Я использовал медный лист толщиной 70×78 мм толщиной 3 мм, в котором просверлил несколько отверстий под винты для монтажа на печатной плате и регуляторе. Затем вырезал несколько пазов, чтобы облегчить охлаждение и сделать его более интересным!

Читайте также:  Блок питания схема классического источника напряжения УНЧ

После некоторого тестирования выясняется, что новый радиатор не намного лучше, чем старый. Нагревание занимает больше времени, поскольку это массивная медная плита с высокой теплопроводностью и теплоемкостью, но ее конструкция не очень хороша для пассивного избавления от тепла.

Радиатор охлаждения

Тестирование производительности радиатора проводилось с использованием резистора мощностью 3,3R 10 Вт в качестве нагрузки с выходным напряжением, установленным на 5v. Тепловой ограничитель MIC29752 срабатывает при 125°C, где он начинает понижать выходное напряжение и, следовательно, рассеивать ток и тепло, не давая температуре перехода повышаться. Через несколько минут выходное напряжение упало примерно до 2,2 В (0,66 А через резистор), а при входе 19v это означало бы, что регулятор может рассеивать только 11,2 Вт, сохраняя температуру соединения на уровне 125°C.

Схема регулятора-015
Новая схема регулятора

Тепловое сопротивление перехода к корпусу регулятора IC составляет 1,5°C/Вт, тепловая прокладка составляет 0,3°C/Вт, а комнатная температура составляла 25°C. Так, радиатор имеет тепловое сопротивление (125 — (11,2 * (1,5 + 0,3)) — 25)/11,2 = 7,13°C/Вт. Исходный радиатор был рассчитан на 7,2°C/Вт. Так что это немного лучше.

Выход по-прежнему очень медленно падал, но регулятор слегка колебался на частоте около 16 кГц, что приводило к тому, что большой выходной конденсатор издавал тихий шипящий звук, поэтому я решил, что будет лучше остановить тест. У LT1083 не было проблем с колебаниями, и он мог выдерживать температуру до 150°C.

Небольшой вентилятор Delta EFB0412VHD, на самом деле довольно мощный, получающий питание от вспомогательного выхода, который был установлен сзади, что значительно улучшило ситуацию. Небольшая плата управления с ATtiny10, также была сделана для управления вентилятором в зависимости от температуры радиатора с кнопкой выбора авто/вкл/выкл.

С выходом, установленным на 5,7v, при подключении через резистор расчитанный на ток 1,7 А и мощностью 10 Вт, стабилизатор без проблем рассеивал 23 Вт. Тепловая камера показала, что пластиковая верхняя часть корпуса была при 68°C (тепловая камера не работала на медном радиаторе, поскольку она была слишком отражающей). Я предполагаю, что регулятор сможет рассеивать около 35 Вт с вентилятором. Максимальная мощность, которую регулятор может рассеивать, при условии, что корпус может выдерживать 25°C, составляет 66 Вт.

Блок питания-15 Радиатор охлаждения-16

Недостатком меди является то, что она легко тускнеет и теряет блеск. Кроме того, клей для резиновых ножек, плавится при нагревании радиатора.

Соединение регулятора-17

Схема контроллера вентилятора-18
Схема контроллера вентилятора

Заключение

В целом, это успех! Теперь гораздо проще использовать блок питания, поскольку у него есть винты для крепления зажимов крокодил, достаточный вес, чтобы он не скользил по столу, и лучшее охлаждение с помощью установленного вентилятора. Мне придется немного поэксперементировать в создании ограничителя тока и платы для дисплеев.

Проекты печатных плат, прошивки и прочее можно найти на сайте — GitHub