Akumulátory, časť III. – zdroj pre nabíjačku

Väčšina z nás chce nabíjať pohonné akumulátory modelov aj na letisku a preto máme nabíjačky napájané zo zdroja 12 V alebo akumulátora. V poľných podmienkach slúži ako zdroj štartovací akumulátor nášho auta, ktorým sme sa dopravili na letisko. No ak chceme nabíjať aj v dielni a autoakumulátor nie je k dispozícii, potrebujeme zdroj. Okrem možnosti zakúpiť si zdroj hotový môže modelár siahnuť po domácich zásobách a vhodný zdroj si postaviť sám. Reč je o zdroji získanom úpravou počítačového zdroja.

Na internete je kopa návodov, ako upraviť počítačový zdroj pre modelárske účely, sám som z nich čerpal. Preto tento text rozhodne nie je žiadnou novinkou, je len ďalším z radu článkov na túto tému.

Na úvod by som si dovolil upozorniť Vás, že pustiť sa do úpravy by mal len človek s príslušnými skúsenosťami s elektrickými obvodmi, pretože sa pracuje s napätím 220 V a okrem nebezpečenstva úrazu hrozí aj poškodenie majetku, pokiaľ si nedáte pozor. Preto nenesiem žiadnu zodpovednosť za Vaše konanie. Tento článok nie je návodom, je len opisom mojich skúseností.

Pre naše potreby používame malé nabíjacie akumulátory NiMH alebo NiCd v kapacitách od 650 do 2200 mAh a v sadách od šesť do osem článkov, teda s nominálnym napätím 7,2 až 9,6 V (max. napätie sady 11,6 V). Pre takéto nabíjanie je pre väčšinu nabíjačiek, napájaných 12 V, postačujúci zdroj dodávajúci napätie 12V pri záťaži prúdom od 2,2 A (pre civilné nabíjanie sád aku GP 2200 NiMH) až po 5 A pre nabíjanie sád Sanyo 1700 SCR NiCd. Pre nabíjanie povedzme dvanásť článkovej sady NiCd 1700 mAh potrebuje nabíjačka, obsahujúca menič (zvyšuje napätie zo zdroja pre nabíjačku) pri nabíjaní prúdom 5 A dodávať zo zdroja 12 V prúd cca 8 A (keďže na vstupe nabíjačky je stále len 12 V a na výstupe cca 18 V a 5 A, musí byť na vstupe teda väčší prúd. Súčin prúdu a napätia musí byť rovnaký. Približne, lebo aj samotná nabíjačka má nejakú spotrebu pre svoj chod, ale pre pochopenie princípu píšem, že rovnaký). Je vidieť, že aj pre relatívne malé elektromodely je potrebné celkom slušne dimenzovať zdroj nabíjačky. V predaji sú rôzne zdroje 13,8 V so záťažou 20 ale aj 30 A. Ich cena je ale najmä pre začiatočníka a rekreačného modelára celkom „zaujímavá“ na to, aby začal hľadať alternatívne riešenia.

Pre súťažného modelára je nevyhnutné mať kvalitné (ak nie špičkové) vybavenie a akumulátory nabíjať tak, aby podávali čo najväčší výkon. Rekreačný modelár sa na vec pozerá ale inými očami a často nerozhoduje, či je akumulátor nabitý za 20 minút alebo za trištvrte hodiny, ak je to vyvážené zaujímavou úsporou. A takou alternatívou môže byť aj slabší zdroj, navyše získaný jednoduchou úpravou existujúceho zariadenia, takpovediac bežne dostupného, z osobného počítača.

V osobných počítačoch sa používajú dva druhy zdrojov, označované ako AT alebo ATX. Pre naše potreby sa viac hodí typ AT, dnes sa už nepoužíva a získať ho môžete zo staršieho počítača. Najdostupnejšie sú zdroje s príkonom 200 W, občas sa vyskytujú aj s príkonom 230, 250 a výnimočne 300 W. Čím viac, tým lepšie, ale aj dvestovka je plne postačujúca. Zdroje ATX sa používajú v počítačoch v súčasnosti a sú dostupné s príkonmi 300 W a viac. Dajú sa kúpiť aj ako náhradné diely a ich cena začína niekde pri 700 Sk pri neznačkových a pokračuje k niekoľkým tisícom SK. Ich úprava je o čosi náročnejšia a preto sa ňou (zatiaľ) nebudem zaoberať. AT zdroje môžete kúpiť od opravárov počítačov alebo získať zo starého vyradeného počítača počnúc starčekmi PC 286 cez PC 386 a 486 až po prvé Pentiá. Paradoxne tie staršie viac vydržia. Pokiaľ ich kupujete, cena osciluje medzi 200 a 300 korunami.

Základným rozdielom medzi AT a ATX viditeľným na prvý pohľad, je vypínač. AT má dvojpolohový vypínač, ktorým v jednej polohe je zdroj vypnutý a v druhej zapnutý a vypínač ovláda priamo vstup 220 V, ktorý je zo zdroja vyvedený na predný panel počítača. ATX zdroj má na zapnutie tlačítko, ktoré spája dva vodiče zo základnej dosky PC a tým sa naštartuje zdroj, vypnutie PC sa ovláda softvérovo.

Aby som nezabudol, jedná sa o spínané zdroje, teda neobsahujú ťažký transformátor, ale „prevod“ vstupného striedavého napätia 220 V/ 50 Hz na jednosmerné napätie 12 a 5 V sa deje spínaním elektronických súčiastok. Takýto postup je veľmi efektívny bez zbytočných strát.

Ako som upravil zdroj AT na napájanie nabíjačky

Najskôr trocha teórie. Počítače sú napájané dvomi napätiami. 5 V a 12 V. Zdroje sú riešené tak, že pokiaľ nie je na výstupe 5 V nejaká záťaž, nie je napätie 12 V stabilné, kolíše. Nestačí teda vytiahnuť zo zdroja kábliky s 12 V a použiť ich na napájanie nabíjača. Presné merania uvediem na konci článku. Rôzni autori rôznymi meraniami zistili, že výstup 5 V treba zaťažiť prúdom v rozmedzí 2 až 5 A a potom môžeme z výstupu 12 V bez výraznejšieho kolísania napätia odoberať až 8 A prúdu.

Väčšina zdrojov má kryt zhotovený z dvoch oceľových plechov tvaru U, zhora prichytených štyrmi skrutkami. Vari nemusím podotýkať, že každý zásah do prístroja treba robiť po vytiahnutí napájacej vidlice zo siete. Odstránil som teda skrutky a uvoľnil horný kryt. Na vrchnej strane väčšiny zdrojov je nie len informácia o príkone a možnom odbere jednotlivých vetiev výstupu, ale aj zapojenie vypínača vrátane číslovania kontaktov a farieb vodičov, vedúcich zo zdroja k vypínaču.

Na zadnej strane AT zdrojov býva okrem vstupnej vidlice napájania 220 V aj výstupná zásuvka pre napájanie monitora. Ja som túto zásuvku odstránil (vyskrutkoval dve skrutky a vodiče odpájkoval) a na toto miesto vložil kolískový vypínač. Bol trochu väčší, ako otvor, tak som ho zvnútra zmenšil pomocou plechových príložiek, prichytených skrutkami M3. Kolega použil kúsok plastu, do ktorého urobil potrebný otvor pre tlačítkový vypínač.

V prednom paneli okrem vetracích mriežok sú dva otvory na kábel k vypínaču a výstupné napätia pre základnú dosku a diskové zariadenia v plastových priechodkách. Tieto som vybral z ich drážok a vyvŕtal dva otvory pre prístrojové zdierky, kam sa bude pripájať nabíjačka. Pre poistkové puzdro a kontrolnú LEDku som z plastovej dostičky vyrezal lištu zakrývajúcu drážky pôvodných káblov. Na jednej strane je upevnená skrutkou M3, na druhej jednou z výstupných zdierok. Všetky súčiastky vidíte na prvom obrázku.

Pre upevnenie záťažových odporov som si z mosadzného zváracieho drôtu hrúbky 3 mm vyrobil dva držiaky so závitmi M3 na oboch koncoch. Odpory som použil keramické s odporom 4,7 Ohmu a výkonom 20 W. Mohli by byť aj slabšie, ale tieto boli k dispozícii. Aspoň viac vydržia (budú menej namáhané). Použiť môžete aj odpory 3,9 Ohmu.

Opäť trocha teórie. Pri napätí 5 V odpor 4,7 Ohmu spôsobí odber prúdu I=U/R (prúd = napätie / odpor): 5/4,7 = 1,06 A a odpor bude zaťažovaný výkonom P = U x I (výkon = napätie x prúd): 5 x 1,06 = 5,3 W.

Pri použití odporu 3,9 Ohmu bude prúd 1,28 A a stratový výkon (teplo) na odpore 6,4 W. Z toho plynie, že v pohode stačia aj menšie keramické odpory pre záťaž 8 alebo 10 W.
Zo skúseností iných ale vieme, že prúd potrebný pre dostatočnú stabilizáciu 12 V výstupu by mal byť na 5 V výstupe aspoň 2 A. Zdvojením odporov teda získame záťaž 2,12 A pri dvoch 4,7 Ohmových odporoch za vývinu tepla 10,6 W alebo 2,56 A pri dvoch 3,9 Ohmových odporoch a ku globálnemu otepľovaniu zemegule prispejeme 12,8 W tepla.

Toto teplo je potrebné bezpečne odviesť a preto som odpory umiestnil aj ja v blízkosti ventilátora zdroja. Dve tyčky som pomocou matíc M3 a podložiek pripevnil k ventilátoru do voľných otvorov na jeho čele a odpory na tyčky pripájkoval. Smer otáčania ventilátora som nechal pôvodný, ventilátor nasáva spredu studený vzduch, ktorý prechádza okolo súčiastok a odporov v zadnej časti von. Som toho názoru, že smer prúdenia vháňaného vzduchu do zdroja by som ťažšie ovládal, ako smer vzduchu do zdroja nasávaného a vyfukovaného ventilátorom von, určený konštruktérom. Navyše, nebude mi dopredu fúkať teplý vzduch.
Niektoré zdroje majú pred ventilátorom hliníkové chladiče súčiastok zdroja dosť vysoké, takže sa tam odpory nemusia zmestiť. Je treba im nájsť iné miesto alebo zopár mm z chladiča jednoducho odbrúsiť.

Na výstupné zdierky som vyvŕtal okrúhle otvory, ale zdierky majú na plastovej prírube, prechádzajúcej panelom, osadenie, aby sa nepretáčali pri skrutkovaní vonkajšieho prstenca zdierky. Do vnútra zdierky je totiž možné strčiť banánik 4 mm alebo vodič priskrutkovať do otvoru asi 3 mm vyvŕtaného priečne do telesa zdierky pri prírube. Čo sa môže stať, keď sa zdierky pretočia a dotknú sa neizolované vo vnútri zdroja, by vedel rozprávať jeden kolega v klube. Takže som zvnútra krabice zdroja pricínoval malé kúsky plechu, aby som vytvoril dorazy pre osadenia.

Je koniec klasickej mechanickej práci a prichádza na rad elektrika. Začal som najskôr slaboprúdom. Výstupné vodiče sú v zdroji farebne rozlíšené. Čierna je spoločná zem (minus), červená je plus 5 V a 12 V má žltú farbu. Okrem káblov vedúcich do základnej dosky počítača s konektormi označenými P8 a P9 sú tu aj konektory pre pripojenie pevných diskov a CD-ROM so štyrmi vodičmi (červená-čierna-čierna-žltá) s plochými konektormi Molex, niekedy s odbočkou na malý konektor disketovej mechaniky. Týchto zväzkov vodičov vedúcich zo zdroja do PC niekedy býva dva, niekedy tri. Malými klieštikmi som odstrihol požadované farby v dĺžke, aby bezpečne viedli na potrebné miesto, nikde neboli napnuté ani zbytočne neprevísali.

Pre prívod napätia 5 V k odporom na mosadzných držiakoch som použil po dva vodiče čierne a červené. V tomto prípade na polarite nezáleží. Jeden vodič by mal zniesť 10 A a do odporov ide najviac dva a pol Ampera, ale drôtov je tu viac, než dosť, tak prečo ich nevyužiť. Káble sú k tyčkám pricínované.

K výstupným zdierkam som priviedol napätie 12 V pomocou troch párov vodičov. K červenej zdierke žltej farby, to bude + výstupu zdroja, k čiernej zdierke vodiče čiernej farby, to bude – výstupu zdroja. Po pricínovaní k prípojným plieškom zdierok som ich zaizoloval zmršťovačkou. Vodiče vedú dostatočne ďaleko od odporov.

A na záver som si nechal úpravu 220 V časti napájača. Ako som spomínal, na každom slušnom zdroji je nákres zapojenia prívodu a vypínača, vrátane čísiel kontaktov na vypínači a farieb prívodných vodičov. Keďže som však celý kábel k vypínaču nechcel zmotávať do vnútra zdroja (nezdalo sa mi, že by tam naň bolo dosť miesta a riskovať, že sa časom prederie a fáza 220 V sa dotkne niečoho kovového a vodivého sa mi ani trochu nepáčila) a zároveň som odstránil výstupnú zásuvku, pretože som v nej nevidel zmysel v zamýšľanom použití zdroja, použil som z celého kábla asi 10 cm kus spolu s násuvnými koncovkami na vypínač.

Na doske plošného spoja je nacínovaná sklenená trubičková poistka 5A, ale ani trochu som sa nezmieril s predstavou, že v prípade problémov budem musieť zdroj otvárať a do predného panelu som namontoval obyčajné puzdro na poistku. Takže zo vstupnej vidlice vedú fáza aj nulák na vypínač predpísaným spôsobom (asi šesťkrát som to kontroloval aj vypínač premeral Ohmetrom, nechcelo sa mi v prípade omylu chodiť nahadzovať istič na chodbu) a z vypínača čierny vodič na poistkové puzdro a z neho do dosky plošného spoja, kde ostali nezapojené dva vodiče, čierny a biely (len po jednom kuse) odpájkované z pôvodnej vstupnej a výstupnej vidlice na zadnej strane zdroja. Biely vodič z vypínača som po skrátení spojil s bielym z dosky. Keďže je všade 220 V, každý spoj je chránený zmršťovačkou. Všetky zvyšné vodiče som vystrihol, nechcelo sa mi vyberať plošák a vypájkovať ich. Poistku som použil rýchlu (typ F) na 3,15 A.

A to vlastne (skoro) všetko.

Prišiel rad na test. Zapojil som sieťový kábel do upraveného zdroja, potom do elektrickej siete. Nič sa nestalo (a ani sa nemalo stať). Zapol som vypínač, nič sa nestalo, len sa rozkrútil ventilátor. Voltmeter ukázal na výstupných zdierkach 16 V! Číňan sprostý, pomyslel som si a zmeral som autoakumulátor, ktorý používame na napájanie nabíjačiek aj v klube aj na letisku. 16 V. Hm, tak mu došla šťava. Tak som aspoň skontroloval teplotu odporov. Boli teplé, ruka sa na nich udržať nedala. Keďže je to keramika, starosti som si nerobil, pracuje hlboko pod svoje možnosti. Tak som do zdierok zapojil starú PIKO vŕtačku (12 V a vrtáky do 3 mm) a skúsil som zavŕtať do dreva a potom ju zastaviť rukou. Hm, dobré, to moja nabíjačka/zdroj s 900 mA sa zastaví hocikedy. Teda aj prúd tam nejaký bude. No nič, vyzerá to OK, tak vymením v číňanovi v kancelárii baterku a zmeriam zajtra.

Vrátil som sa k mechanickej práci. Plošný spoj je ku krabici prichytený štyrmi skrutkami M3 zvnútra zdroja. Všetky som postupne vybral a nahradil zvonka skrutkami M3 x 20, vloženými s podložkami do gumových silentblokov (šuplíkové zásoby) a zvnútra plošák zaistil maticami M3. Zdroj tak získal gumové nôžky pre lepšiu stabilitu.

Došlo aj na meranie. Zdroj bez záťaže dáva 12,4 V. Po pripojení záťaže 5 A (halogénová žiarovka 12 V/60 W) klesne napätie na 11,75 V. Väčšiu záťaž som nemeral, žiarovka mala spálené druhé vlákno. Podľa papierových údajov by však zdroj mal dávať do 8 A a pri prúde cca 10-11 A by mala vnútorná elektronická poistka proti preťaženiu zdroj vypnúť. Ak som sa pokúšal žiarovku pripojiť k zapnutému zdroju, zdroj sa vypol. Štartovací prúd H4 žiarovky je zrejme vyšší, ako dovolený prúd zdroja. Pripojený voltmeter ukazoval, že výstupné napätie po vypnutí zdroja skočilo na cca 5 V a počas asi piatich sekúnd klesalo až na nulu. Po tomto čase stačilo vypnúť a zapnúť vypínač a zdroj opäť naskočil. Rôzne zdroje udávajú, že je po vypnutí na preťaženie potrebné odpojiť zdroj od napájania, ale ako vidno, netreba. Stačí počkať cca 5 sekúnd.

Pri pokusoch so žiarovkou výstupný vzduch zo zdroja nebol ani trochu teplý.

Máme v klube jeden podobný zdroj, ktorý ale neobsahuje prúdovú záťaž na 5 V vetvi. Bez záťaže dáva 12 V a po pripojení rovnakej žiarovky (záťaž 5 A) kleslo napätie na výstupných zdierkach na 10,2 V. Je zjavné, že odpory na 5 V vetve majú opodstatnenie. Zdroj používame na napájanie 12 V ručnej vŕtačky a brúsky, ktorej odber asi málokedy dosiahne 5 A, ale keďže v klube mám ešte dva keramické odpory 3,9 Ohmu/10 W, budú sa sťahovať do zdroja. Mám rád, keď veci fungujú, ako fungovať majú.

No a takto vyzerá hotový zdroj v plnej svojej kráse. No, chýba mu ešte kontrolná LEDka na voľné miesto vpredu. Ešte som sa nerozhodol, akej farby bude, pripojím ju na výstupné svorky 12 V cez odpor 1k5. Zdroj už som umiestnil na pracovný stôl a vyskúšal na brúske aj na vŕtačke.

Upravoval som zdroj 200 W.