探讨下明纬S350改可调电源的工作原理

phjzg

探讨下明纬S350改可调电源的工作原理
       网上有很多把明纬S350开关电源改成大范围可调电源的教程，但是绝大多数教程，不解释改装的原理。对于一些不具体了解TL494的工作情况及改装原理的朋友，只能依葫芦画瓢去改装，这样可能会产生的一些奇奇怪怪的问题，就无从下手解决。我试着来解释下，如有错误，希望大家指正。
先上个图，其中谈到的元件编号都以此图上的编号为准，具体请按自己的实物编号。

    TL494或 KA7500是二个型号不同，内部结构和引脚功能相同的开关电源管理芯片，因此可以互换。
       现在先说调压：输出电压主要是受TL494的1脚和2脚控制。1脚电压如果比2脚低，经过内部误差放大器后，最后使得输出电压升高。输出电压升高后，经过R32+R31及R25+SVR1组成的分压电路，使得1脚电压升高，当1脚和2脚理论上电位相同时，输出电压稳定。反过来，当撤除负载，输出电压有升高趋势时，反馈到1脚的电压也有升高的趋势，输出电压降低。这就是整个稳压系统的过程。
      原机没改前，2脚电压是固定的，是由TL494产生的5V基准电压VDD通过R23和R20组成的分压电路，得到2.5V的电压供给2脚。所以调节SVR1，也就是调节输出电压+V对1脚的分压比，从而进行微调。现在为了大范围从0V起调，改变2脚电压的办法就能实现。所以都是要求把R23一端（图中的A点)挑起，接入一个分压电位器（电位器一端接+5V基准，另一端接地，中心脚接到R23)，这样，就可以把2脚电位从0-2.5V连续可调。只这样改，不考虑TL494的供电，就可以进行大范围调压，但这样只能下调，还不能上调。当然要想0V起调，还得加输助电源，这是因为输出电压太低时，TL494的供电不够，无法正常工作，因此需要加装辅助电源，同时必须拆除原来的R58+R9 R59+R12这四个自激启动电阻。
      在加装好辅助电源，及拆除自激启动电阻后，我们就可以从0V起调了，因为2脚最低可以调到0V，因此当输出电压还大于0V时，经过R32+R31及R25+SVR1组成的分压电路，到达1脚电压还是大于2脚电压，会使得输出电压进一步下降。直到二个脚的电压相同（理想状态下，不考虑失调电压)这样0-30V调压就改装完成。

       如果想再提高输出电压，我们可以通过更改2脚电压，使得2脚电压最高时比2.5V再高一点，那就是有教程中提到的把R23更换为3.9K，这样，电位器调到最高时，可以使2脚电压达到2.95V左右,从而使得输出电压提高。还有就是把J15跳线拆掉，换装20K电阻。这实际上就是在从+V到R32+R31的串联回路中增加个20K电阻。目的是改变1脚外面的分压反馈电路，使得只有在更高的输出电压时，到达1脚的电压才能和2脚相同。
      同时，在改成0-50V时，还要拆除或更换ZD1。ZD1+Q6+U2A及外围电路组成过压保护，当电压超过ZD1的稳压值时，Q6导通，U2A的1脚输出一定电压，到达4脚，以增大死区时间。从而限制输出电压。当然还有就是输出滤波电容的耐压问题要考虑。

第二部份，我们来看调流的情况。
    上面我们说了整个调压及稳压的过程。现在我们来看调流的情况。
TL494的15脚和16脚在内部是另一个误差放大器，也对输出电压起作用（但其作用和1+2脚内部的误差放大器并不完全相同，实际上起的是限流作用)。
     先做个简单说明：15脚电压越高，限制的电流设定值越高。15脚电压越低，限制的电流值越小。调流就是在有负载时，输出电流到达设定的限流值时，使得输出电压下降，从而达到限流，也就是我们常说的调流，恒流等说法。
     未改装前，16脚接地，15脚通过R48+R34及R33+J1（检流康铜丝)组成的分压电路取得微小的电压。空载时，15脚电压约为68mV（按S350-24图上计算值，S350-27V的阻值可能不同,电压值也会不同),此时，15脚+16脚内部的误差放大器要想输出的电压最大，但实际输出电压因为受1+2脚的误差放大器的控制，此时不受15+16脚的控制。
       当带上负载时，图中的C点电位对地为负值，电流越大，电压越负。经测算三根检流康铜丝的并联电阻约为0.004Ω(4mΩ，实际电流取样还有线路板铜箔关系，阻值可能会稍大一点）。当负载电流大到约18A(S350-24）时，计算C点电位应为-72mV(实际没测，因为手上只有27V的，还有铜箔板线路的关系，电压可能会再负一点)，这样15脚电压也接近0V 甚至低于0V(和分压来的68mV相抵消后)。误差放大器起作用限制输出电流。实际测试未改装前，S350-27的限流值约在16A。S350-24的推算应在18A左右限流。

    现在改装调流（限流输出值可以自由调节)，因16脚接地，教程都是对15脚电压进行调节。把R48的一端（图中的B端）挑起，接入由+5V基准VDD及地之间的分压电位器来控制，这样就可以把原来+5V直接送入R48的电压，变成从0-5V间自由调节后再送入，目的是使15脚电位可以比原来低一点直到0V，从而实现在0A起调。也就是说，检流康铜丝上产生的微小负压就足够15+16脚内的误差放大器起作用，就是可把限制电流设的很小了,甚至为0。(其实割断16脚铜箔，也通过分压电位器及分压电路，对16脚的电压进行调节，也是可以实现调流的,但是情况是反过来的，16脚电位越高，限流值越小，所以很少有人建议这样做,但对一些芯片失调电压高，无法0A起调时，可以考虑试试看)当然考虑到误差放大的器的失调电压，有些TL494调流电位器调到最低时，还有一定量电流。此时，我是不建议拆康铜丝，因为三根并联后，正好和20A电流表的外带的分流器（75mV/20A）差距不大，稍微调整下电流表内的微调或在康铜丝的焊点附近加些焊锡或减些焊锡，基本上都能适合20A的电流表当分流器用。
   调到最低，还有一定的电流，办法是换KA7500B芯片，或把16脚对地的铜箔割开，串入个小电阻，比如22Ω,同时在16脚到VDD(13+14脚，+5V）间加个20K左右电阻，这样可以使16脚电压提高5mV左右，以抵消芯片失调电压的影响。
   调流原理，具体来说，就是要让15脚的电位比不改装时低一点，同时可以调节，特别要理解的是，图中的C点电位对地来说，有输出电流时，C点电位是为负的，电流越大，负值越大。

以上就是对明纬S350改装调压调流的工作原理分析，欢迎批评指正。
补充一点，如果改装时，电流表分流器利用的是检流康铜丝，空载时，电流表上有电流显示不为0。那么要把输出滤波电容旁边的泄压电阻R53的接地端飞线或换个位置，接到图上的C端，以切除泄压电阻的电流对电流表的影响，同理，指示灯回路R61及LED1的电流也会反映在电流表上。




补充内容 (2021-3-25 20:38):
2021-3-25记录：各位朋友，如果在改装中有发现不能调流的，先请检查辅助电源的负极接法。不要接到 J13 跳线旁边的孔中，这个点不是真正的TL494地。

补充内容 (2021-3-26 00:14):
强调一下，电压电流双显表的供电和加装的辅助电源是合用一个的话，表头上的细黑线不要接任何地方。因为共地的关系，不可以再接地了。

补充内容 (2021-3-26 23:03):
其他一些个人看法，请看下面的第5，第7楼，第8楼。请忽略第2楼的捣乱，他的内容无关明纬改装。

补充内容 (2021-3-26 23:13):
对(2021-3-25 20:38)补充的修正:不能调流，如果用同一辅助电源给494供电和电压电流表供电的，请先检查表头的细黑线是不是接上了？请不要接!!悬空!!!

补充内容 (2021-3-26 23:27):
明纬PCB板元件位置图，请参阅 ibm570兄的:https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=225824 他化功夫在PCB图上标明了元件位置。感谢!

补充内容 (2021-3-26 23:39):
关于改装中坛友产生的一些问题，产生的原因及解决办法在后面的讨论中陆续有一些个人看法，欢迎参于讨论。有些看法可能不成熟，请注意分辨。

补充内容 (2021-4-4 13:48):
改装好后，不能从0V 0A起调的，先检查下你的电位器质量，当电位器转到最小位置时，电位器中心脚和电位器接地端的电阻，理想应为0欧。

补充内容 (2021-4-7 14:11):
关于改装后，有自激啸叫的问题，如果有拆掉 J15 换装几十K 电阻的，请在这电阻上并联个104电容试试，具体分析请看本贴第563楼及 564楼。

补充内容 (2021-4-9 12:05):
S350-27V 机子和主楼的电路图上(24V机子）的阻值有差异的有 R32=27K  R31=2K  R33=620R，其它的没去注意，可能也有差异。

补充内容 (2021-4-12 14:37):
以上贴文中的电路图来自网络，具体出处已无从查找，如有侵权，请指出。贴文中文字系本文原创，如要转载请注明出处。

补充内容 (2021-10-29 17:35):
关于在改装后自激啸叫的一些处理在https://www.mydigit.cn/thread-246759-1-1.html  第19楼,供参考,加装的辅助电源最好15V以上,16-24V都可以。

补充内容 (2023-7-2 12:33):
改装到0-90V 除了次级改桥式外，J15处加装的电阻要用到50K左右才行。

tmdc111

改了2台明纬27V的可调。但是用启动7A的845电机烧了一台也难得修了。都扔那吃灰。喜欢用可调模块加开关电源改可调。

phjzg

烧管，一是可能有自激，二是可能494的15脚上加大了电容，使限流保护延迟了。还有可能你输出滤波电容容量太小了，在电机起动瞬间，无法提供大电流，同时因为限流的延迟，产生了烧管现象。
用开关电源+DC-DC转换模块的，我也玩过几个，小功率到大功率都有玩。小功率还行，大功率时，效率是个问题。假如在400W左右时，明纬的开关电源能达到88%，DC-DC非隔离模块效率算93-95%，那么总效率只有82-84%，浪费电能不算，散热处理等成本也不低。

aronn

分析的很好，调流这块的原理终于有些明白了。

phjzg

现在再来谈S350-27 改到0-90V的事。
这个改装，一般都是把变压器次级原来的全波整流改成桥式整流。
利用了原来的共阴快恢复半桥(换个位置)，增加一个共阳快恢复半桥，组成全桥整流电路。从电路来看，就是把电路图上的D箭头所指的线路切断，把原变压器次级的中心端悬空，原来变压器的11+12脚及9+10脚组成的二个端点接入桥式整流电路的交流输入端。因此最高输出电压，可以比原来用全波整流时翻一倍。当然调压部份的R32+R31及R25+SVR1组成的分压反馈电路也要做相应更改以适合更高的电压。ZD1也要更换或拆除，以免过压保护电路起作用。
具体实际经加装后的桥式电路如附图红圈中的黄线部份。

注意选用共阳快恢复半桥时，不要选用耐压太高的，耐压越高，正向压降也越大，大电流时发热严重。
选用耐压200V的就可以了。

改桥式后，总输出电流应降低一半，即原来27V 13A 现在输出电流最大只能设到7-8A(自己考虑)。以免过载严重而损坏。
改小可调电流的最大值（即调流电位器转到最高时的限制电流），可以加大R48,或简单粗暴直接在调流电位器的接+5V的脚上或中心脚上串联合适电阻，都可以改变最大可设定的限制电流值。



补充内容 (2023-7-2 11:49):
改装到0-90V 除了次级改桥式外，J15处加装的电阻要用到50K左右才行。

aronn

phjzg 发表于 2020-8-15 23:40
现在再来谈S350-27 改到0-90V的事。
这个改装，一般都是把变压器次级原来的全波整流改成桥式整流。
利用了 ...

赞，s350最详尽的原理级分析。

phjzg

最后再聊一下，改装过程中的一些细节：
电流表分流器，最好是采用原机的康铜丝来处理，这样因为分流器产生的压降，会通过稳压回路反馈进行补偿，负载稳压特性比在输出端直接加装电流表好得多。主板到接线柱的电线，能粗尽量粗，且短，粗的线没有的话，多并几根。
输出滤波电容，最好是选择16*35的体积，18*35的也能装，稍有点挤，但是能装下。如高度是40mm的，上盖会有点顶，电容顶上贴层胶带，防止碰上盖，然后死劲按上盖，螺丝勉强也能上。电容尽量装全三个，三个电容总容量越大越好。选用高频低阻的，如是国产的，耐压请留些余量。进口原装的黑金刚，红宝石，尼吉康类，耐压可以顶格使用。(比如你改到0-50V的，进口的，选耐压50V的一点问题也没有，我实测黑金刚的标50V,在加压到65V时，漏电流都比国产的标50V在45V时的漏电流要小)
原来的四个滤波电容中间的那个小方形电容，最好也装上。
外壳带电问题：那是因为你没有接上接地保护线的关系。开关电源尽量接上接地保护线，明纬里面的几个主板固定螺丝通过内部线路板接上了共模抑制滤波的几个电容，C3  C4  C32  C30 这几个电容不要拆除，固定螺丝不要少装，然后接上供电系统中的接地保护线。这对抑制共模干扰有好处。
还有，还有个重要的事，保险丝原机是配的8A，它是要兼顾115V供电。我们拆除了转换开关，也只用220V供电，那么这个保险丝可以用的小一点，4A 5A即可。在一般情况下，选择用3A都没有问题。如果用8A，万一开关管炸管，整流桥炸的概率就要高得多，而选用电流小一点的保险丝，保护作用大一点。
如果可能，在改成桥式整流时，最好在增加的共阳半桥上也加上象原机那样的尖峰吸收阻容回路，类似于原图中的C24+R49那样的，注意电容耐压。
其它还有一些关于温度稳定性方面，可以参考我另一个贴子：明纬S350改装可调电源后的电压温漂原因及解决办法 https://www.mydigit.cn/forum.php ... d=186647&extra=


补充内容 (2021-3-27 14:50):
如果面板用金属的，在切割掉一点点线路板的边缘上贴一层胶带，把线路板的地和机壳隔离开来，这样可以电源负极可以不与机壳接触。

phjzg

关于空载时快速回调电压时的泄压及恒流恒压指示灯电路，可参考我的：明纬S350及贝尔改大范围可调快速泄压及恒流恒压指示灯   https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=180660

其中回贴中，有朋友提到坛友"aec"在2018年时的贴子：http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2434356
他这个方法是基于在电源恒压稳定时，TL494的1脚高于2脚电压才成功。但实际上并不是所有朋友都会成功，因为理想的误差放大器的正负二个输入端的电位完全相同时才稳定，显然，他只是利用了TL494的失调电压才成功。
但是并不是每个TL494或KA7500B在正常恒压稳定时，1脚都会高于2脚（即失调电压也有可能为负），再说后面的LM358二个输入端也会有失调电压存在，因些按他的做法，TL494的1+2脚直接对接运放的正负输入端，恒压恒流指示灯电路有失败的可能。因此我才搞了个对加装的比较器（或运放）输入端带有几mV偏置电压的电路。这样可以抵消TL494及LM393的失调电压。电路可以保证成功。

563572344

phjzg 发表于 2020-8-15 16:44
烧管，一是可能有自激，二是可能494的15脚上加大了电容，使限流保护延迟了。还有可能你输出滤波电容容量太 ...

没看懂你怎么得出的82-84%的效率，明伟我改的满载效率在85左右，通信电源效率比较高，应该有最高95左右，不同负载效率不一样，最高跟最低会差4左右

phjzg

563572344 发表于 2020-8-17 12:48
没看懂你怎么得出的82-84%的效率，明伟我改的满载效率在85左右，通信电源效率比较高，应该有最高95左右， ...

总效率，就是前级效率*后级效率。

563572344

phjzg 发表于 2020-8-17 13:32
总效率，就是前级效率*后级效率。

输出电流*输出电压/输入功率就是效率了，

xuelang1979

来学习一下

710456969

赞，s350最详尽的原理级分析。

zsybq

你好，关于散热风扇的问题请教，散热风扇的电压是随着电压调节变化的，比如输出12V时候，散热风扇那个7812输入端的电压7.4V左右，输出是6.5V，通过Q5控制风扇运转，请问这个低于12V的电压Q5能控制么？

phjzg

zsybq 发表于 2020-8-22 21:46
你好，关于散热风扇的问题请教，散热风扇的电压是随着电压调节变化的，比如输出12V时候，散热风扇那个7812 ...

明纬电路中的Q5 是想当于一个电子开关，受负温度系数的热敏电阻(RTH3)及U2B（LM358的上半部）运放控制。所以和7812输出的电压关系不大。不过，不知你为什么要弄成供给7812的电压受输出电压变化？没有增加辅助电源，还是用的主板上的D15 D16整流出来的辅助电压？

神蓝

感谢分享 学习了

可芯

明纬的开关电源还是不错的，买过一个用了好几年了

382222536

感谢分享！收藏备用。

神蓝

感谢分享

喵帕斯喵喵喵喵

请问下能调压不能调流是为什么，芯片也换过了都没能解决问题