Часть 1. Приключение в чугуне

Одной из самых больших проблем, с которыми я столкнулся при восстановлении чугуна, был поиск дешевого и надежного источника питания 12 В постоянного тока. Исторически сложилось так, что многие реставраторы полагались на ручные зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов, например, сделанные для Шумахера или Джегса. Однако становится все труднее найти ручные зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов, они имеют неправильную маркировку (например, https://www.harborfreight.com/10250a-12v-manual-charger-with-engine-start-60581.html) или стоят дорого ( >100 долларов). Учитывая эти ограничения, я хотел найти дешевый и вездесущий источник питания постоянного тока 12 В, и мне не нужно было искать ничего, кроме блока питания для ПК.

Предыстория/Теория

Блок питания ATX, являвшийся основой настольных компьютеров в течение последних 15 лет или около того, может легко обеспечить мощность > 10 А постоянного тока 12 В для питания компьютерных материнских плат и других периферийных устройств. Когда я планировал этот проект, мне пришлось сделать выбор между двумя философиями дизайна. Нужно ли мне полностью преобразовать блок питания, чтобы я мог использовать его только для электролиза? Или мне как-то неразрушающе приспособить блок питания, чтобы он вообще был без изменений? Я решил сделать последнее, так как это позволяет мне легко менять блоки питания, если (и когда) они выходят из строя. Таким образом, эта сборка продемонстрирует, как собрать подключаемый жгут, который можно подключить к любому современному блоку питания ATX с соответствующими разъемами для подключения к электролизной ванне.

Этот жгут будет использовать разъем EPS12V, предназначенный для питания процессоров высокой мощности. (И если этого достаточно для питания процессора мощностью 140 Вт, закон Ома говорит мне, что он должен быть в состоянии обеспечить ток ~ 11 А (при 12 В постоянного тока), что более чем достаточно для электролиза).

Необходимые инструменты:

• Инструмент для зачистки проводов
• Тепловая пушка (или фен).

Список деталей

Многие из этих деталей у вас наверняка есть (в конце концов, если вы занимаетесь электролизом чугуна, это очень удобно), но я привожу полный список для справки.

Журнал сборки

Во-первых, нам нужно снять штыревой конец удлинительного кабеля питания EPS 12 В и зачистить примерно полдюйма каждого из черного и желтого кабелей.

Затем скрутите вместе все 4 желтых кабеля и, при необходимости, наденьте на кусок термоусадочной трубки. Вставьте в один из стыковых разъемов. Повторите это для черных кабелей. Когда закончите, он должен выглядеть следующим образом:

Затем отрежьте по 6-8 футов красного и черного кабеля калибра 14 и зачистите примерно 1/2 дюйма с каждой стороны. Одна сторона войдет в стыковые разъемы, другая прикрепится к нашим зажимам аккумулятора.

Вставьте черный кабель 14 калибра в стыковой разъем с черными кабелями и вставьте красный кабель 14 калибра в стыковой разъем с желтыми кабелями.

Затем с помощью щипцов (или плоскогубцев в крайнем случае) обожмите обе стороны стыковых разъемов. Наденьте термоусадочную трубку на стыковые соединители и примените тепло из фена, чтобы усадить ее.

На противоположном конце жгута (с открытыми кабелями) прикрепите зажимы аккумулятора

Готово. Теперь у нас есть жгут, который мы можем подключить к разъему EPS12V источника питания с помощью зажимов, чтобы я мог прикрепить его к своим анодам и катодам. Теперь наша следующая проблема: Как заставить блок питания ПК включаться без ПК?

Включение блока питания ПК

Глядя на спецификацию ATX (любезно предоставленную статьей в Википедии), мы можем: «Если блок питания ATX используется не для питания материнской платы ATX, включен (всегда частично включен для работы «пробуждающих» устройств), замкнув контакт «питание» на разъеме ATX (контакт 16, зеленый провод) на черный провод (земля), который является то, что кнопка питания в системе ATX работает».

С помощью металлической канцелярской скрепки соедините контакты 16 и 17 (или любой из контактов заземления (с маркировкой COM) для жесткого подключения источника питания, чтобы вы могли использовать переключатель на задней панели источника питания для его включения и выключения. В качестве альтернативы, если вы приобрели перемычку, просто подключите ее ко всему 24-контактному разъему.0003

Наконец, подсоедините жгут проводов к разъему EPS12V (это 8-контактный разъем с 4 желтыми (12 В) и 4 черными (заземление) кабелями). В некоторых блоках питания (таких как этот) он настроен как два 4-контактных разъема.

После подключения вы можете подключить зажимы к анодам и катодам и приступить к работе.

Заключение

За сравнительно небольшие деньги я теперь могу взять блок питания и запустить его в электролиз. И если блок питания выйдет из строя, я легко могу найти другой на Newegg, Amazon или Ebay. В следующей статье мы расширим этот дизайн, добавив амперметр, чтобы мы могли отслеживать текущее использование.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Линейные и импульсные источники питания: в чем разница?

Скорее всего, вы ежедневно пользуетесь смартфоном, ноутбуком или персональным компьютером. Эти электронные устройства используют для работы постоянный ток (DC). Однако, поскольку домохозяйства обычно питаются переменным током высокого напряжения (AC), вам необходимо понизить напряжение и преобразовать переменный ток в постоянный с помощью источника питания, такого как блок питания или зарядное устройство.

Наиболее распространенными источниками питания, используемыми сегодня, являются линейные и импульсные источники питания. Знание того, какой из них использовать для конкретных приложений, обеспечит безопасность и оптимальную работу вашей электроники.

Продолжить чтение ниже для сравнения между линейными и импульсными источниками питания.

Что такое линейные и импульсные источники питания?

Линейные и импульсные источники питания — это электрические устройства, используемые для питания и зарядки электронных устройств постоянного тока. Этим устройствам поручено делать две вещи: снижать напряжение и преобразовывать переменный ток в постоянный. Хотя оба устройства снижают и выпрямляют мощность, разница в том, как они решают эти задачи, делает их более подходящими для определенных приложений.

Линейный источник питания — это устройство, используемое в малошумных и точных операциях. Использование в нем тяжелых трансформаторов и аналоговых фильтров позволяет этому блоку питания выдавать чистое напряжение за счет низкой эффективности, большего веса и больших размеров. Линейные источники питания лучше всего использовать в записывающем оборудовании, электрических музыкальных инструментах, медицинском оборудовании и высокоточных лабораторных измерительных приборах.

Импульсный или импульсный источник питания (SMPS) используется для высокоэффективных и сильноточных операций. В отличие от линейных источников питания, импульсные источники питания используют полупроводниковые компоненты для модуляции и регулирования входящего напряжения. Эти блоки питания основаны на высокочастотном переключении с использованием силовых транзисторов, что делает их шумными, но очень энергоэффективными, легкими и компактными. Импульсные источники питания часто используются в компьютерах, зарядных устройствах для телефонов, производственном оборудовании и многих низковольтных электронных устройствах.

Как работает линейный источник питания

Используя полностью аналоговые компоненты, доступные в 50-х годах, линейные источники питания должны были полагаться на тяжелые силовые трансформаторы и громоздкие электролитические конденсаторы для понижения и выпрямления напряжения. Хотя в то время транзисторы уже производились серийно, высокое напряжение переменного тока просто выделяло слишком много тепла для транзисторов.

Вот схема линейного блока питания:

Линейный блок питания работает в три этапа:

Шаг 1: Уменьшите входящее высокое напряжение переменного тока с помощью трансформатора.

Шаг 2: Пониженное напряжение затем проходит через мостовой выпрямитель, который выпрямляет переменное напряжение до пульсирующего постоянного напряжения.

Шаг 3: Пульсирующие сигналы постоянного напряжения проходят через фильтр, состоящий из катушек индуктивности и конденсаторов. Этот сглаживающий фильтр устраняет колебания сигнала пульсирующего постоянного напряжения, что делает их пригодными для использования в чувствительных электронных устройствах.

Как работает импульсный источник питания

Импульсные источники питания представляют собой сложные устройства, в которых используются полупроводниковые компоненты для высокочастотного переключения мощности и трансформатор меньшего размера с ферритовым сердечником. Эти типы источников питания могут повышать и понижать напряжение, используя цепь обратной связи постоянного тока для управления выходным напряжением.

Вот как они работают:

Шаг 1 : Переменный ток высокого напряжения поступает в блок питания через модуль защиты цепи, состоящий из предохранителя и фильтра ЭМС. Предохранитель предназначен для защиты от перенапряжения, а фильтр ЭМС защищает цепь от пульсаций сигнала, исходящих от нефильтрованного переменного тока.

Шаг 2: Убедившись, что цепь хорошо защищена, высоковольтный переменный ток проходит через второй модуль, состоящий из мостового выпрямителя и сглаживающего конденсатора. Мостовой выпрямитель преобразует переменный ток в пульсирующий постоянный, который затем сглаживается конденсатором.

Шаг 3: Затем высоковольтный постоянный ток подается через драйвер ШИМ, который принимает обратную связь и управляет мощным полевым МОП-транзистором, который регулирует напряжение посредством высокочастотного переключения. Переключение также превращает прямой постоянный ток в прямоугольную волну.

Шаг 4: Прямоугольная волна постоянного тока теперь поступает в трансформатор с ферритовым сердечником, преобразуя сигналы обратно в прямоугольные волны переменного тока.

Шаг 5 : Прямоугольные волны переменного тока проходят через мостовой выпрямитель, преобразуя сигнал в пульсирующий постоянный ток и затем пропуская его через сглаживающий фильтр. Затем конечный выход используется для отправки сигналов на ШИМ-драйвер, который образует петлю обратной связи, регулирующую выходное напряжение.

Линейные и импульсные источники питания

Существуют разные причины выбора источника питания для использования в конкретных приложениях. К ним часто относятся эффективность, шум, надежность и ремонтопригодность, размер и вес, а также стоимость. Теперь, когда у вас есть общее представление о том, как они работают, вот как их способ обработки энергии влияет на их производительность и удобство использования в определенных приложениях.

Эффективность

Поскольку электричество должно проходить через ряд электрических и электронных компонентов, процесс выпрямления и регулирования напряжения всегда будет неэффективным. Но сколько?

В зависимости от номинала импульсные блоки питания могут иметь КПД 80–92 %. Это означает, что ваше устройство может выдавать 80–92% энергии, которую вы в него вложили. Его эффективность обусловлена ​​использованием меньших, но эффективных компонентов, которые регулируют напряжение посредством высокочастотного переключения низкого напряжения.

Напротив, линейный блок питания может быть энергоэффективен только на 50–60 % из-за использования в нем более крупных и менее эффективных компонентов.

Шум сигнала и пульсации

Несмотря на неэффективность, линейные источники питания компенсируют свою неэффективность за счет стабильного, чистого выходного сигнала с низким уровнем шума. Использование аналоговых компонентов в линейном источнике питания позволяет им обрабатывать электричество плавно и без переключений, что обеспечивает низкий уровень пульсаций или шума на выходе.

С другой стороны, импульсные источники питания основаны на высокочастотном переключении низкого напряжения для уменьшения нагрева, повышения эффективности и создания большого количества шума! Величина шумового сигнала зависит от конструкции и качества конкретного импульсного источника питания.

Размер и вес

Размер и вес блока питания могут сильно повлиять на его применение в небольших электронных устройствах. Поскольку в линейных источниках питания используются тяжелые и громоздкие компоненты, их использование в малозаметных электронных устройствах невозможно, если только вы не используете блок питания в качестве зарядного устройства.

Что касается импульсных источников питания, поскольку в них используются небольшие и легкие компоненты, они могут быть достаточно компактными, чтобы их можно было интегрировать в уже более мелкие устройства. Небольшой вес и малый размер импульсного источника питания в сочетании с его энергоэффективностью делают его применимым для подавляющего большинства портативных электронных устройств.

Надежность и ремонтопригодность

Благодаря меньшему количеству деталей, которые могут сломаться во время работы, линейные источники питания обеспечивают стабильные и надежные выходы. Простота конструкции и использование более распространенных электронных компонентов облегчают поиск запчастей и ремонт линейных расходных материалов.

Имея значительно более хрупкие компоненты, импульсные блоки питания с большей вероятностью сломаются раньше, чем линейные блоки питания. Тем не менее, хороший дизайн и использование качественных компонентов могут сделать импульсные источники питания очень надежными, возможно, даже такими же надежными, как линейные источники питания. Настоящая проблема с импульсными блоками питания заключается в том, что чем сложнее их конструкция, тем сложнее их ремонтировать.

Экономичность

В прошлом линейные источники питания были более экономичными устройствами из-за их простой конструкции и использования меньшего количества компонентов. Не помогло и то, что производство полупроводниковых компонентов было дорогим. Однако, поскольку полупроводники стали более востребованными, производители смогли масштабировать и делать твердотельные компоненты экспоненциально дешевле, чем раньше. Это, в свою очередь, делает многие конструкции импульсных источников питания более экономичными, чем линейные источники питания.

Использование соответствующего источника питания

Вот и все, что вам нужно знать о линейных и импульсных источниках питания.