диванный аналитик 9 января 2014 в 05:48

Изготовление БП на базе аккумуляторного отсека шуруповерта

• Чулан *

Исходные данные

Имеем в наличии два китайских аккумуляторных шуруповерта. Аккумуляторный отсек присутствует только у одного из них; да и тот, за давностью лет, к сожалению, перестал держать заряд. Покупать новый аккумуляторный отсек или заменять аккумуляторы не представлялось экономически целесообразным ввиду того, что стоимость его стоимость зачастую сравнима со стоимостью нового аналогичного шуруповерта.

Результат выполненных работ

Пришедшая в негодность внутренность аккумуляторного отсека

Задача

Сделать модернизацию аккумуляторного блока для получения удобного в пользовании БП от сетевого напряжения с небольшими финансовыми затратами. В итоге вышло порядка 7 долларов, так как многое было в наличии.

Изготовление БП

Перечень использованных элементов:

• Понижающий трансформатор 220/12 (был в наличии)
• Диодный мост КВРС 2510 (1,5 доллара)
• Регулируемый стабилизатор напряжения 20А (3 доллара)
• Конденсатор 10000мкФ/25В (1 доллар)
• Два диода (были в наличии)
• Сетевые разъемы 4 штуки (1 доллар)
• Вентилятор 12В (был в наличии)
• Радиатор (был в наличии)

Перечень необходимых инструментов, помимо стандартных:

• Строительный фен с регулировкой температуры - для выдавливания нужной формы пластмассового корпуса
• Мини-дрель гравер - для шлифовки и доводки отверстий под штекера
• Паяльник 100Вт - для правки пластмассы
• Три струбцины для выдавливания

Последовательность работ:

Делаем отверстия под штека

Для этого используем мощный паяльник 100Вт. Пластик хорошо плавится. Остатки удаляем круглогубцами и до необходимой формы отверстия дорабатываем мини-дрелью с необходимыми насадками.

Аналогичным образом делаем отверстия для оставшихся двух штекеров.

Монтаж трансформатора

Ввиду того, что имеющийся в наличии трансформатор, немного (на 4 мм) не входил в аккумуляторный отсек, то было решено увеличить последний путем выдавливания при нагревании пластмассы. ABS-пластик заметно размягчается после 100 градусов по Цельсию.

Закрепляем блок вместе с трансформатором с помощью трех струбцин и остатков ДСП. Постепенно подогреваем строительным феном пластик и подкручиваем параллельно ручки струбцин. Добиваемся нужной степени выдавливания и даем пластику остыть. После этого снимаем нагрузку.

В результате получаем приемлемую форму блока.

Монтаж и тестирование «электронной начинки»

Схема соединения элементов достаточно проста.

Трансформатор - диодный мост - стабилизатор напряжения - конденсатор.

На транзистор был закреплен радиатор для отвода тепла.
Дополнительно подключен вентилятор для улучшения циркуляции воздуха.
Также впоследствии сделал десяток отверстий в корпусе для улучшения циркуляции воздуха.
Конденсатор был помещен в вертикальную часть блока.
Напряжение на выходе было выставлено 14,4В

Штекера и защита от переполюсовки в корпусах шуруповертов

В проводку внутри шуруповертов был добавлен диод для защиты от переплюсовки.

Финишные фото

Результат

Напряжение питания на выходе БП без нагрузки = 14,4В.
На холостом ходу при подключении одного шуруповерта =12,8В (ток 1,3А)
В рабочем режиме ток приближается к 3А.

На холостом ходу при подключении двух шуруповертов =10,2В

Для использования БП были спаяны три кабеля питания длиной: 2,7 м, 4,9 м, 10,4 м.
Падение напряжения при их использовании соответственно: 0,2В - 0,3В - 0,9В (при холостом ходу, т.е. ток 1,3А)

Температурный режим при работе двух шуруповертов в режиме ХХ в течении трем минут удовлетворительный. Температура поднялась до 55 градусов по Цельсию.

У многих завалялись старые шуруповерты с никель кадмиевыми аккумуляторами, выкидывать их жалко, а покупать новые аккумуляторы довольно дорогое удовольно дорого. Но в то же время, валяясь без дела они никакой пользы приносить не будут. Возникает идея перевести их на сетевое питание.

Ранее я собирал мощный источник питания для шуруповерта на основе электронного трансформатора, в этот раз я решил сделать блок питания на IR2153 .

Это классическая полумостовая схема. Питание микросхемы IR2153 берется с переменной линии, гаситься резистором, выпрямляется, фильтруется и поступает на микросхему.

Силовые ключи в моем случае - это высоковольтные N-канальные полевые транзисторы 10N60 , на 600 вольт 10 ампер.

Выходной выпрямитель однополярный со средней точкой, построен на диодной сборке на 45 вольт и 30 ампер, хватит с головой.

На выходе, после выпрямителя стоят пара конденсаторов на 35 вольт, большая емкость в принципе не нужна, но желательно взять их с низким внутренним сопротивлением.

Трансформатор можно взять готовый, от любого компьютерного блока питания, в ноем случае откопал такой

Можно использовать трансформаторы удлинненного типа, такие часто ставят в блоки АТХ450 ватт, перематывать их также не нужно, штатные обмотки позволят получить напряжение на выходе около 12-15 вольт.

В моем случае возникли проблемы так, как я забыл по вертикали отзеркалить трансформатор на шаблоне платы, а когда уже заметил, плата была вытравлена, а пол схемы собрана. Трансформатор я перемотал, нагрел паяльником минут 10, затем аккуратно разобрал сердечник, убрал все штатные обмотки и намотал новые.

В случае использования трансформаторов таких же размеров от компьютерных бп и с учетом рабочей частоты микросхемы IR2153 первичная обмотка содержит около 40 витков проводом 0.8 мм, вториная обмотка мотается с расчетом 1 виток 3-3,5 вольта, в моем случае намотал 2 по 5 витков, выходное напряжение получилось около 17 вольт, но под нагрузкой будет немного меньше.
Диаметр провода обмотки 1,2мм, этого хватит чтоб получить на выходе приличный ток.

Расчеты можно сделать с помощью нашего мобильного приложения https://play.google.com/store/apps/details?id=pulse.transformer.pro

Пример расчета импульсного трансформатора

Платку старался сделать максимально компактной, она без проблем должна влезть в корпус 18-и вольтового никель кадмиевого аккумулятора шуруповерта, но возможно придется платку легонько подточить.

Собранный блок питания может отдавать в нагрузку мощность около 200-250 ватт, а если использовать трансформатор удлиненного типа, с блока можно выкачивать гораздо больше.

Шуруповерт может потреблять от аккумулятора огромные токи 20-30 и даже 40 ампер, если патрон полностью остановить. Собранный блок питания защит не имеет и при жестких перегрузках может не выдержать. Настоятельно рекомендую трещетку на самом шуруповерте никогда не устанавливать в положение максимального усилия, это очень важно, трещетка и есть защита.

Условия охлаждения блока питания не ахти, транзисторы и диод необходимо обязательно установить на радиаторы, а в корпусе самого аккумулятора высверлить отверстия для воздушного охлаждения.

Для уменьшения габаритных размеров источника питания я исключил входные и выходные фильтры, так как нагрузкой у нас является двигатель шуруповерта, а не усилитель мощности или прочее чувствительное устройство.

Конденсаторы полумоста на 200 -250 вольт, емкость от 220 до 470мкФ, каждый конденсатор зашунтирован выравнивающим резистором, которые одновременно разряжают их после отключения блока от сети. Такие конденсаторы также можно выдрать из компьютерных блоков питания.

Аккумуляторный шуруповерт – удобный и необходимый в хозяйстве инструмент. При эксплуатации «от случая к случаю», он может верой и правдой служить многие годы. К сожалению, через 2-3 года, даже при не очень интенсивной эксплуатации, аккумуляторы шуруповерта практически полностью теряют свою емкость. Исправный инструмент, а пользоваться нельзя… Что делать?

Выбросить и купить новый. Самое разумное решение, если Вы эксплуатируете щуруповерт профессионально. А если он бывает нужен всего лишь несколько раз в году – починить забор, повесить полку и т.п. Рука не поднимается выбросить исправный аккумуляторный шуруповерт. Поиск в Интернете показал, что эта проблема волнует многих. Как же предлагают поступить в данной ситуации экономные россияне и жители братских республик.

Первое, самое очевидное решение - использовать внешний аккумулятор для питания шуруповерта. Старый автомобильный или герметичный свинцово-кислотный от ИБП. Но проблема в том, что шуруповерт даже на холостом ходу потребляет 1,5…3 А, а под полной нагрузкой потребляемый ток превышает 10 А. Придется использовать либо толстые, либо короткие соединительные провода. И то и другое неудобно. Разве что работать с аккумулятором в рюкзаке…

Второе решение – сетевой блок питания шуруповерта. Ведь в большинстве случаев работы ведутся в пределах досягаемости электрической розетки. Несколько теряется мобильность, но зато щуруповерт постоянно готов к работе. В качестве блока питания можно использовать обычный трансформатор с выпрямителем. Просто, но тяжело и громоздко. Компьютерный блок питания легче, но проблема с проводами остается. Кроме того, стабилизированный блок питания при работе на коллекторный электродвигатель с резко меняющейся нагрузкой и искрящими щетками может вести себя непредсказуемо.

Самое разумное, на мой взгляд, смонтировать сетевой блок питания в аккумуляторном отсеке шуруповерта. Кабель питания в этом случае может быть небольшого сечения, гибкий и легкий. При необходимости можно использовать стандартный сетевой удлинитель. Сложность в том, что места в аккумуляторном отсеке очень мало. Тем не менее, задача вполне выполнима. Подобная конструкция описана в журнале «Радио» №7 за 2011г. – К. Мороз. Сетевой блок питания для шуруповерта. Эта статья растиражирована на многих сайтах, но практическая проверка описанной в ней конструкции показала, что электронный трансформатор для галогенных ламп, который предлагает использовать автор, – не лучшее, в данном случае решение.

Генератор с самовозбуждением на двух транзисторах хорошо работает на активную нагрузку, а вот искрящий коллектор и резко меняющаяся нагрузка – тяжелое испытание для него. В общем, после выгорания нескольких транзисторов я отказался от дальнейших экспериментов с электронным трансформатором.

Лучшее решение мне удалось найти, на форуме http://forum.easyelectronics.ru/viewtopic.php?f=17&t=1773 . Его предлагает Дмитрий (dimm.electron) - под таким именем он зарегистрировался на форуме. Собранный по предложенной им схеме блок питания предназначен для установки в аккумуляторный отсек шуруповерта на 12 или 14 В, в котором находилось 10 или 12 никель-кадмиевых аккумуляторов. Схема блока показана на рисунке.

Учитывая, что это должна быть простая и дешевая конструкция «выходного дня» я слегка доработал авторский вариант. С целью экономии места исключил сетевой фильтр. Это конечно плохо, но учитывая, что пользоваться шуруповертом планирую не часто, и в основном вдали от радиоаппаратуры, вполне допустимо. Не хватило места также и для резистора, ограничивающего зарядный ток конденсаторов в момент включения в сеть. Тоже не очень хорошо, но оправдания те же самые…

В схеме максимально использованы детали от старого компьютерного блока питания. Это выпрямительный мостик VD1, конденсаторы C1, C2, трансформатор T1 и диодная сборка VD4. Силовые транзисторы тоже можно использовать от компьютерного блока питания, но они должны быть обязательно полевыми. В моем блоке они оказались биполярными, пришлось приобрести рекомендованные автором IRF840.

Еще одно упрощение – использование обычного выпрямителя VD4 на диодах Шоттки, вместо предлагаемого автором «хитрого» синхронного выпрямителя. Замечу, что необходимо использовать диодную сборку именно из диодов с барьером Шоттки. Отличить ее от обычной можно, если измерить мультиметром в режиме прозвонки прямое падение напряжения на диодах. На диодах Шоттки падает не более 0,2 В, тогда как на обычных диодах около 0,6 В. Учитывая ограниченные размеры радиатора нагрев обычных диодов будет недопустимым.

Ну и, наконец, питание микросхемы DD1 осуществляется через обычный гасящий резистор R3. Автор использует для этого еще одну «хитрую» схему – питание берется с точки соединения транзисторов VT3, VT4 через гасящий конденсатор и дополнительный выпрямитель на диодах. Сложно в наладке – надо довольно точно подбирать емкость конденсатора, он должен быть высоковольтным и термостабильным. Есть вероятность сжечь DD1.

В процессе обсуждения на форуме родился еще один вариант схемы питания – с дополнительной обмотки трансформатора. Это самый лучший вариант, бесполезный нагрев элементов минимален. Но на трансформаторе нужна дополнительная изолированная обмотка на 20-30 В.

Трансформатор – это самый важный элемент схемы блока питания шуруповерта, от качества его изготовления на 90% будет зависеть Ваше мнение об умственных способностях автора разработки. Если использовать первое попавшееся ферритовое кольцо неизвестной марки, ничего хорошего не получится. Кроме магнитной проницаемости у феррита есть и другие параметры, которые очень важны в данном случае. Необходимо использовать специально предназначенный для работы в сильных магнитных полях феррит, например от трансформаторов импульсных блоков питания компьютеров, телевизоров и др. аппаратуры мощностью не менее 200 Вт. Технология намотки тоже очень важна, автор подробно описывает, как должны быть расположены обмотки на сердечнике.

Я поступил проще – использовал готовый трансформатор от старого компьютерного блока питания. Он как раз подходит по всем параметрам. Лучше раскурочить старый блок мощностью 200-250 Вт, в нем высота трансформатора равна 35 мм – как раз помещается в аккумуляторном отсеке. Трансформаторы от более мощных блоков имеют большую высоту и не помещаются в моем корпусе.

Перед выпаиванием трансформатора нужно внимательно рассмотреть, как соединяются его обмотки и с каких выводов запитан выпрямитель +5 В. Тут возможны варианты, может потребоваться небольшая коррекция чертежа печатной платы блока питания шуруповерта. Обращаю внимание, что используется именно 5-и вольтовая обмотка, амплитуда напряжения на ней как раз около 12 В. Другие обмотки не используются.

А вот намотать на такой трансформатор дополнительную обмотку или изменить число витков существующих, к сожалению не получится. Трансформатор залит эпоксидкой и при его разборке велика вероятность сломать сердечник.

В микросхеме IR2153D между выводами 1 и 4 установлен стабилитрон на 15,6 В, поэтому питание нужно подавать обязательно через токоограничивающий резистор. Показанный на схеме пунктиром диод VD5 необходим только при использовании IR2153 без индекса «D». Конденсаторы C1, C2 можно заменить одним – 100…150 МК, 400 В. При его приобретении определяющий параметр – высота, желательно не более 35 мм, иначе может не поместиться в корпус.

Резистор R3 составлен из 4-х последовательно включенных по 8,2К, 2 Вт. Его номинал желательно подобрать при наладке так, чтобы при минимально возможном напряжении в сети, напряжение на конденсаторе C4 не падало ниже 11 В. Для уменьшения бесполезного нагрева номинал этого резистора должен быть максимально возможным, если его уменьшить, просто увеличится ток через этот резистор и внутренний стабилитрон микросхемы.

Элементы R5, R6, VD2, VD3, VT2, VT4 защищают полевые транзисторы от пробоя в случае аварийных режимов работы. Номинал C9 увеличивать не следует, т.к. это увеличит и без того большой бросок тока при включении в сеть. Мостик VD1 должен выдерживать ток не менее 5 А при напряжении 400 В. VD4 – сборка из диодов Шоттки с допустимым током не менее 30А. VD1 и VD4 отлично подходят от компьютерного блока питания. Вентилятор на 12 В, его внешние размеры 40х40 или 50х50 мм. Элементы в корпусах для поверхностного монтажа типоразмеров 0805 или 1206. DD1 в DIP корпусе, обратите внимание на надежность изоляции на плате между выводами 5 и 6.

Чертеж печатной платы показан на рисунке, вид со стороны печатных проводников. Перед ее изготовлением нужно разобрать имеющийся аккумуляторный отсек шуруповерта и убедиться, что плата в него вписывается. Скорее всего потребуется небольшая коррекция, т.к. отсеки у разных производителей имеют небольшие конструктивные отличия.

Силовые транзисторы VT1, VT3 и диодная сборка VD4 монтируются на небольших алюминиевых пластинках. Их габариты – по месту. В корпусе необходимо просверлить вентиляционные отверстия. Вентилятор придется разместить снаружи корпуса – без него длительная работа не гарантируется. Естественной вентиляции в данном случае недостаточно. И не забудьте про предохранитель FU1.

При первом включении блок лучше запитать от источника питания 20-25 В с током 100…200 МА. При этом резистор R3 временно шунтируется другим, с номиналом 1К. Если все нормально, на выходе будет 0,6…1 В. Можно посмотреть форму и частоту импульсов на вторичной обмотке трансформатора. Там должны быть прямоугольные импульсы со скважностью 50% и частотой 50…100 КГц. Частота определяется номиналами R4, C5.

Если все нормально, убираем временно установленный резистор 1К, включаем последовательно с блоком питания шуруповерта лампу накаливания на 60…100 Вт и включаем все это в сеть. В момент включения лампа кратковременно вспыхнет и погаснет, на выходе должно установиться напряжение около 12 В. Если все работает, убираем лампу и проверяем работу блока под нагрузкой около 1 Ом. Наконец, выбрасываем аккумуляторы, устанавливаем блок питания в корпус и проверяем работу шуруповерта в разных режимах.

Если эта конструкция Вас заинтересовала, можете ознакомиться с вариантами схемы от автора и его рекомендациями по самостоятельному изготовлению трансформатора. Также доступны для скачивания два моих варианта чертежа печатной платы в Sprint Layout.

Те, кто использовал аккумуляторный шуруповерт – оценил его удобство. В любой момент, не путаясь в проводах, можно подлезть в труднодоступные ниши. Пока не разрядится .

Это первый недостаток – нуждается в регулярной подзарядке. Рано или поздно циклов перезаряда.

Это второй недостаток. Этот момент наступит тем раньше, чем дешевле ваш инструмент. Экономя средства при покупке, мы чаще всего приобретаем недорогие китайские «no-name» приборы.

В этом нет ничего зазорного, но следует отдавать себе отчет: производитель экономит так же, как и вы. Следовательно, самый дорогой блок (а это именно батарея) при комплектации будет самым дешевым. В результате мы получаем отличный инструмент с исправным двигателем и не изношенным редуктором, который не работает по причине некачественного аккумулятора.

Есть вариант приобрести новый комплект батарей, или заменить в блоке неисправные . Однако это бюджетное мероприятие. Стоимость сопоставима с покупкой .

Второй вариант – применение запасного или старого аккумулятора от автомобиля (если он у вас имеется). Но стартерная батарея имеет большой вес, и пользование таким тандемом не очень комфортно.

ВАЖНО! Многие шуруповерты имеют рабочее напряжение 16-19 вольт. Даже полностью заряженный автомобильный аккумулятор такого напряжения не обеспечит. А мы подразумеваем использование АКБ б/у, где на клеммах может быть максимум 10,5-11,5 вольт.

Выход есть – переделка шуруповерта в сетевой

Да, при этом теряется одно из преимуществ аккумуляторного инструмента – мобильность. Но для работ в помещениях с доступом к сети 220 вольт – это отличный выход. Тем более что вы даете новую жизнь сломанному инструменту.

Есть две концепции, как из аккумуляторного шуруповерта сделать сетевой:

• Внешний блок питания. Идея не такая абсурдная, как может показаться. Даже крупный и тяжелый понижающий выпрямитель может просто стоять возле розетки. Вы одинаково привязаны к блоку питания, и к воткнутой сетевой вилке. А низковольтный шнур можно сделать любой длины;

ВАЖНО! Закон Ома гласит – при одинаковой мощности, уменьшая напряжение – повышаем силу тока!

Соответственно, питающий шнур на 12-19 вольт должен быть с большим сечением, нежели на 220 вольт.

• Блок питания в корпусе от аккумулятора. Мобильность сохраняется, вы ограничены лишь длиной сетевого кабеля. Единственная проблема – как втиснуть достаточно мощный трансформатор в небольшой корпус. Вопросы по поводу того, как работает магазинный компактный шуруповерт от сети – можно не задавать. Там изначально установлен мотор на 220 вольт. Снова вспоминаем закон Ома, и понимаем, что мощный электродвигатель на 220 вольт может быть компактным.

На просторах интернета встречается множество схем импульсных блоков питания для шуруповертов. Они или сложны и врятли поместятся в батарейный отсек, или слишком сырые, недоработанные и ненадежные. Глядя на подобные схемы возникает много вопросов, ответов на которые нет.

Данный блок питания адаптируется под любой батарейный шуруповерт путем подбора вторичной обмотки, помещается в корпус батарейного NiCd отсека и самое главное - уверенно переносит "холодный" старт двигателя. Известно, что двигатель шуруповерта имеет значительный стартовый ток, который способен вывести из строя даже мощные ИБП или как минимум спровоцировать срабатывание защиты. Описываемое устройство справляется с большими импульсами тока, обладая при этом довольно простой конструкцией.

Схема

Вот несложная схема блока, схема была нарисована на скорую руку, может позже уделю ей время и перерисую в более понятный вид. Картинка увеличивается по нажатию.

Прототипом взята схема из советских времен и усовершенствована с помощью советов обитателей форума "Радиокот". По сути это схема электронного трансформатора с "лишними" для китайских производителей деталями. Добавлен узел обратной связи по напряжению, он выделен красным. В идеале эта часть схемы не задействована, но это в процессе наладки.

Транзисторы взяты SBW13009 с запасом, это повышает надежность блока в целом. Схема обладает весьма полезным свойством: благодаря резисторам в эмиттерных цепях, блок во время холодных пусков, когда токи значительно превышают номинальные - повышает частоту преобразования. Благодаря этому импульсы больших токов ему не страшны. Запуск выполнен на VS1 и блокируется диодом VD5, когда устройство выходит на автогенераторный режим. В процессе опытов с блоком было решено отказаться от узла защиты, которая блокирует запуск при перегрузке - с шуруповертом она будет только мешать.

По совету "радиокотов" был введен снаббер C5R3, он снижает обший уровень помех от блока, уменьшает потери на коммутацию транзисторов и предотвращает появление сквозных токов. Выпрямление во вторичной цепи происходит по схеме со средней точкой, благодаря такому решению количество диодов уменьшено до 2 (диодная сборка) и уменьшены потери на тепло. Так же, для уменьшения потерь взята сборка из диодов Шоттки.

В отличие от электронного трансформатора (ЭТ) в схеме реализованы две обратные связи, по току и по напряжению. Благодаря этому блок запускается без нагрузки. Однако практика показывает, при работе вхолостую нагреваются силовые ключи, поэтому если удается добиться уверенного пуска шуруповерта без ОС по напряжению - C15 попросту не впаивается в схему.

Конденсаторный баян на выходе, вместо одного электролита необходим по причине тех же больших пусковых токов. Когда у меня стоял один конденсатор, его выводы плавились при определенном положении кнопки шурика. То есть выводы одного конденсатора не рассчитаны на такие токи, в принципе, как и сам одиночный конденсатор.

Резистор R8 выполняет две роли: первая - это не позволяет на холостом ходу развиться напряжению выше номинального, вторая - с отключенной ОС по напряжению дает пусковой ток во вторичной цепи и позволяет запуститься ШИМ-у шуруповерта.

Перемычка "П" используется в процессе наладки блока, при первом пуске и настройке вместо нее подключается лампа накаливания 100Вт, при испытании на шуруповерте просто замыкается перемычкой или предохранителем.

Детали

Рассмотрим используемые детали и возможность их замены.

Транзисторы

В качестве силовых ключей VT1-VT2 использованы биполярные n-p-n транзисторы SBW13009 в корпусе TO-3PN. Встречаются они в качественных АТХ-блоках, иных мощных импульсниках. В компьютерных АТХ обычного качества чаще встречаются MJE13009 в корпусах TO-220, их токовые параметры в два раза меньше. Их так же можно использовать, но нужно 4 транзистора вместо 2 и включать их нужно попарно, с индивидуальным резистором в эмиттере.

Данные транзисторы используются в мощных ИБП, поэтому снять их откуда-либо получится редко. А использовать MJE13009 как замену я бы не рекомендовал. Лучше раскошелиться на мощные, стоимость их в районе ста рублей за штуку.

Коммутирующий трансформатор

Трансформатор Тр2 намотан на колечке из феррита с прямоугольной петлей намагничивания. Такие кольца встречаются в подобных автогенераторных преобразователях - ЭТ, балласт энергосберегающей люминесцентной лампы. В светодиодных лампах таких колец нет! Категорически не рекомендую использовать обычный феррит, блок будет работать, но очень ненадежно, на транзисторах будет рассеиваться много тепла, сквозные токи будут обычным делом. Желтые кольца из компьютерной техники так же не подойдут!

Вариант извлечения из ЛДС энергосберегающей лампы мне кажется самым доступным - колечко можно взять из сгоревшей лампы. Так как обмотки будут выполнены обмоточным эмалированным проводом, нужно покрыть кольцо парой слоев цапонлака, на крайняк лаком для ногтей без блесток. Главное проследить чтобы лак попал на всю поверхность, в том числе на внутреннюю сторону. Лак выступает в качестве дополнительной изоляции.

Все обмотки выполнены эмалированным проводом ПЭЛ или подобным, если имеется ПЭЛШО (в дополнительной шелковой оплетке) это еще лучше. Обмотка 1 содержит один законченный виток провода не тоньше 0.8 мм. Для дополнительной изоляции его лучше поместить в отрезок изоляции монтажного провода. Обмотки 2,3,4 содержат по 4 витка 0.3-0.4 мм. Очень важно мотать все обмотки в одну сторону и помечать начало, и конец!

Силовой трансформатор

Трансформатор Тр1 намотан на двух сложенных вместе ферритовых кольцах К31х18.5х7 М2000НМ. Первичная обмотка содержит 82 витка провода 0.6 мм. Обмотка намотана по всей окружности кольца. Кольца изначально изолированы от обмотки, так же между обмотками следует выполнить надежную изоляцию. Я использовал изоленту, но лучше использовать более термостойкую, например лакоткань.

Сетевую обмотку следует аккуратно уложить виток к витку по всей окружности. Если провод не влез в один слой - нужно изолировать первый и домотать вторым слоем. Для намотки удобно использовать челнок-мотовило из более толстой проволоки.

Данные вторичной обмотки зависят от рабочего напряжения шуруповерта, для 12-вольтового 8+8 витков (16 витков в одну сторону с отводом от середины) провода не тоньше 1.4 мм. Вообще диаметр провода вторичной обмотки следует брать максимально возможный. Лучше мотать жгутом из нескольких жил (4-5 шт) провода 0.8-1 мм. Главное, чтобы обмотка уместилась в окно колец. Я к примеру, взял провод с дросселя АТХ. Про точный подбор витков для шуруповертов более 12 В или меньше немного ниже.

Во время намотки вторичной обмотки следует оставить свободное место под 2 витка обмотки номер три. Выполнить ее можно как эмалевым проводом 0.3, так и монтажным. Обмотки один и три следует помечать, где начала.

Два витка обмотки 3 должны находиться на свободном от вторичной обмотки месте.

Для трансформатора можно использовать ферритовые кольца проницаемостью 2000 других, близких размеров, главное, чтобы площадь поперечного сечения колец была не меньше. В магазине я нашел кольцо R36x23x15 PC40, в недалеком будущем испытаю его. Такое колечко может заменить два К31х18.5х7. Аналогично коммутирующему трансу, желтые комповские кольца неприменимы!

Некоторые умельцы на форумах утверждают, что мотали данный трансформатор на кольце К28Х15Х11. Возможно так и было с другими намоточными данными (первичка 100+ витков), я не рекомендую рассматривать такой вариант - нужно обладать нехилым мастерством, чтобы уложить все обмотки на маленькое кольцо!

Если для обмоток используется б/у-шный провод, следует пристально следить, чтобы лаковая изоляция не была повреждена!

Дроссель

А вот для дросселя L1 желтое колечко наоборот в самый раз! Точнее не любое желтое, а именно с дросселя групповой стабилизации (ДГС) из компьютерного блока питания. Я применил кольцо с внешним диаметром 27 мм. Намотать нужно не менее 20 витков проводом, сечением не ниже, чем у вторичной обмотки Тр1.

Конденсаторы

Все конденсаторы "горячей" части схемы должны быть рассчитаны не менее чем на 400В. В качестве C3-C4 я применил пленочные из АТХ, они на 250В, терпимо, но лучше ставить на 400. Емкость их может быть ниже, но тогда может произойти снижение мощности. Так же можно снизить C2 с 200 мкф до 100, возможно, тогда падение напряжения на нагрузке будет более крутым.

Конденсатор снаббера C5 минимум на 1000В, изначально берется 3.3n и подбирается по нагреву резистора. C15 достаточно на напряжение 50В.

В низковольтной части C6-C7 не ниже 50В, электролитические C8-C14 не ниже 25В. Количество электролитических кондеров не принципиально, главное не меньше 5 шт, номиналом 100-1000 мкф.

Резисторы

Резисторы берутся согласно указанных на схеме номиналов и мощностей. R3 взят из снаббера АТХ, габариты его несколько больше стандартных 2ВТ, поэтому не могу сказать о его мощности точно. Данный резистор может прилично греться, поэтому мощность его лучше брать побольше.

В качестве R1 взят термистор из того же АТХ, он очень малогабаритный. В крайнем случае его можно заменить на резистор 3-5 Ом 5Вт, но он занимает много места.

Диоды

Диодный мост VDS1 на 3-4А из полюбившегося АТХ, можно заменить на четыре диода 400В 3А. Диоды FR107 взяты оттуда же, меняются на любые другие с обратным напряжением не менее 1000В. Динистор VS1 можно взять из сгоревшей лампы вместе с кольцом, как правило, динистор целый.

Диодная сборка из двух диодов Шоттки VD3-VD4 - S30D40C взята с 5-вольтовой шины АТХ. Держит она 40В и 30А. Вообще, эти диоды можно взять на свое усмотрение, напряжение должно превышать рабочее в два раза и ток 15-20А. Для не слишком мощных шуруповертов можно брать сборку с 12-вольтовой шины АТХ, это актуально, когда напряжение питания шуруповерта превышает 20В, 40-вольтовая S30D40C становится не так надежна. Запас по напряжению необходим, ибо на выходе силового трансформатора могут присутствовать выбросы, превышающие номинальные значения.

Налаживание

Для налаживания следует собрать схему на макетной плате, категорически не советую собирать сразу рабочую конструкцию. Слишком большой разброс параметров трансформаторов может потребовать дополнительных решений.

Первый пуск

Для первого включения вместо перемычки "П" подключается лампа накаливания 220В 100Вт. Так же, на выход нужно подключить лампу 20-30Вт, автомобильную или галогенку 12В. Перед пуском C15 выпаивается. Правильно собранный блок начинает работать сразу: при включении галогенка на выходе светится (напряжение около 14В), защитная лампа слабо тлеет. При включении без нагрузки в трансформаторе Тр1 слышен слабый писк - это попытки пуска VS1. Защитная лампа не должна вспыхивать при включении, без нагрузки на выходе блока лампа даже не тлеет.

Работа без нагрузки

Если все совпадает с описанным - можно продолжать, если нет - ищем ошибки в монтаже или неисправные компоненты. Далее нужно определить надобность ОС по напряжению - на выход следует подключить шуруповерт. При включении шура, он должен запускаться, защитная лампа вспыхивать. Возможно, пусковых импульсов будет недостаточно для старта электроники шуруповерта. На выход подключают вольтметр и контролируют напряжение, оно должно быть в районе рабочего. При напруге в 2-3В следует уменьшить сопротивление R8, чтобы на выходе появилось устойчивое 13-15В. Резистор R8 не должен греться, максимум чуть теплым, для меньшего нагрева можно увеличить его рассеиваемую мощность. Если удалось подобрать резистор и шурик работает без дополнительной нагрузки - ОС по напряжению не нужна и C15 не понадобится вообще. При включенном блоке и не нажатой кнопке шуруповерта из блока слышен слабый писк.

При работе на галогенку транзисторы практически не греются, при работе без нагрузки нагрева нет. Максимум, что должно греться во всей схеме - резистор снаббера R3, но это пока не важно.

Если все-таки шуруповерт не запускается из-за низкого начального напряжения и подбор R8 ничего не дал, в пределах разумного, без нагрева - придется делать ОС по напряжению. Следует подключить цепь с C15, и включить блок без нагрузки. Напряжение на выходе должно быть 13-14В (при указанных намоточных данных вторички). Если блок не хочет запускаться, следует увеличить емкость C15. Так же, следует попробовать поменять местами выводы обмотки 3 силового транса. В итоге нужно добиться стабильного пуска без нагрузки с минимальной емкостью C15. При включениях защитная лампа не должна вспыхивать и даже тлеть. Недостатком ОС по напряжению может стать небольшой нагрев транзисторов на холостом ходу. Нужно погонять блок 5-10 минут для определения приемлемости нагрева.

Альтернативой для холостого запуска может стать дроссель от ЛДС энергосберегайки, включенный параллельно первичной обмотке силового трансформатора. Данный метод обладает высокой стабильностью, однако на предмет нагрева мной не исследовался.

Результатом налаживаний должен стать стабильный пуск блока (с ОС по напр.) или попытки пуска с напряжением на выходе, достаточным для запуска электроники кнопки. На холостом ходу ничего не должно греться, ну или греться незначительно. Исключение может составлять резистор снаббера R3, но это уже следующим этапом.

Вольтаж шуруповерта

Намоточные данные вторичной обмотки 8+8 витков рассчитаны на шуруповерт 12В. Могу с уверенностью сказать, что данная обмотка подойдет к профессиональны моделям 14,4В. Я подключал блок к своему рабочему шуруповерту 14,4В на литиевой батарее, который без проблем закручивает саморезы 4Х80 мм в сырое дерево без предварительного сверления. Такие саморезы от блока конечно не закручивал, но кожу подсодрал, пытаясь остановить вал.

Если вольтаж вашего отличается от 12В, то следует подкорректировать намоточные данные обмотки 2. Доматывая или отматывая витки, нужно мерить напряжение с нагрузкой - галогенной лампой 30Вт, без нагрузки напряжение будет немного больше. Я ориентировался на напряжение питания (12В) + 1В на просадку (можно не учитывать). Вообще, если шуруповерт 14,4В, не следует сразу мотать лишние витки, возможно все будет работать с должной мощностью без добавления витков. Так же хочу отметить 18В шуруповерты - несмотря на надписи на корпусе, зачастую там стоят двигатели на 12В. Про испытания на мощность немного ниже.

Так же нужно иметь в виду, что без нагрузки блок может развивать немного большее напряжение, поэтому хорошим делом будет поискать датащиты на кнопку и максимальное напряжение ее ШИМ-а. Самое главное, чтобы напруга на ХХ не превышала этот максимум. Между прочим, на аккумуляторной батарее шуруповерта без нагрузки так же напряжение немного выше номинального, для 14,4В батареи это 16 с небольшим вольт. Однако, из-за сложности подобрать напряжение обмотки точно, блок может выдавать немного больше или меньше, чем на батарее. В общем здесь все подбирается экспериментально и с головой, а если вы собрали макетный блок - голова работает.

Рабочий пуск

Теперь следует снять защитную лампу и заменить ее перемычкой или предохранителем 3-4А. Не уверен, что от предохранителя есть толк, я его ставил для самоуспокоения. Попробовать пуск с галогенкой на выходе, холостом ходу - все должно быть стабильно и без перегрева.

Теперь можно подключать шуруповерт и оценить мощность вращения. Мой зеленый бош работал так, что наверное с новой батареей было меньше мощности, при этом не перегревался. Для защиты шуруповетра от слишком больших токов в разрыв цепи можно воткнуть ограничительный шунт, заодно и померить токи. Защиту на полевом транзисторе делать я не стал, да и толку от нее не вижу: напряжение падает пропорционально увеличению тока, импульсы тока при слабом нажатии кнопки огромны (хоть и очень короткие) и будут заставлять защиту включаться.

Необходимо проверить конденсаторный баян на выходе на нагрев при больших нагрузках. У меня фиксировалась самая большая нагрузка в момент слабого нажатия кнопки, когда двигатель пищит. При этом ноги одиночного конденсатора обгорали.

Я не смог остановить шуруповерт рукой никак! Зато натер приличные мозоли! Все-таки ограничительный шунт не помешает в рабочем блоке, здесь следует руководствоваться ощущением силы вращения, а не измерениями, и контролировать нагрев двигателя. Я шунт не поставил в конечную версию, слишком много места он занимает. Ориентировочно, шунт, ограничивающий ток в 20А это: 12В(по факту просядет ниже)/20А=0,6 Ом. Взять щунт 0,6 Ом и ориентируясь на мощность вращения корректировать в сторону уменьшения, пока не появится излишнего нагрева.

Китайским мультиметром и шунтом я намерял максимальный ток где-то между 15 и 20А, это при торможении, на сколько хватало сил и руки. При слабо нажатой кнопке, когда двигатель пищит еще не запускаясь, токи были более 20А. Стоит отметить, что измерения очень приблизительные и могут сильно отличаться от реальности - цифровой мультиметр не в состоянии адекватно измерить пульсирующее напряжение на шунте. Если вы совсем новичок и не знаете, как измерить большой ток шунтом и мультиметром - про это будет небольшой обзорчик, а пока... Зачем оно вам надо?

Снаббер

Как я писал выше, цепочка C5R3 может сильно греться, точнее именно резистор. И даже если нагрева нет на ХХ или малых нагрузках, при большой нагрузке резистор может аж вонять. Объясняется это повышением частоты преобразования с повышением выходного тока, следовательно, сопротивление конденсатора уменьшается. Изначально C5 следует брать 3.3 нанофарада (3300 пФ) и подбирать по нагреву резистора, уменьшая емкость. Я остановился на 1000 пФ. Обратите внимание, что щупать детали следует на выключенном блоке и разряженном конденсаторе C2. Выпрямленное и отфильтрованное сетевое напряжение составляет около 310В!

Не стоит уменьшать емкость конденсатора с запасом, чтобы нагрева не было вообще! Тогда от него будет мало толку. Нагрев должен быть терпимым для длительного использования.

Печатная плата

Я плохой проектировщик печаток, поэтому плата у меня получилась громоздкой, двухэтажной. Если кто будет разрабатывать свою печатную плату - буду благодарен если предоставите рисунок, контакты в подвале сайта.

Два уровня платы сделаны из двух кусков стеклотекстолита 70Х70 мм. На первом этаже находятся фильтрующие конденсаторы, силовой трансформатор и мягкими проводами подпаяны транзисторы. Печатка прорезана острым резаком без всякого травления. Монтаж деалей обычный, в отверстие, рисунок со стороны медной фольги. Подпаянные транзисторы находятся на радиаторе под платой вместе с диодной сборкой Шоттки VD3, VD4.

Платы соединены между собой медным одножильным монтажным проводом, перемычка с эмиттера VT1 лишняя, она задумывалась для работы защиты, от которой я отказался.

Вторая плата выполнена поверхностным монтажем. У меня влезли не все выходные конденсаторы, пришлось их добавлять в корпус батареи.

На вторую плату подается сетевое напряжение, с нее же берется выходное. С диодной сборки приходит +, на которую в свою очеред приходят крайние выводы вторички Тр1. При уверенной работе без ОС по напряжению, цепь с С15 не нужна, как и соответствующие этой цепи обмотки.

На плату не влезли все конденсаторы выходного конденсаторного баяна, поэтому несколько конденсаторов пришлось расположить в клеммном углублении батарейного отсека.

Дно батарейного корпуса пришлось вырезать, так как плата не влезла полностью, к тому же для надежности был использован радиатор. В конечном итоге у меня получился такой блок:

При грамотном проектировании и использовании подходящих компонентов, блок все-таки можно поместить в родной корпус батареии не вылазия за его пределы. Мне это почти удалось. С другой стороны, если использовать блок отдельно от шуруповерта, можно вообще не переживать за габариты. Однако в таком случае придется использовать провод от преобразователя до шурика сечением не менее 2,5 мм2. На 4-х метровом проводе 1,5 мм2 мощность немного падает.

Данное решение является интересным с точки зрения применения: никаких ШИМ-ов и сложных схем, его можно применять для питания различных мощных приборов. Не зря ведь эту схему широко используют для питания галогенных ламп!

На этом мы закончим описание, позднее здесь же дам объективную оценку использования блока в реальных, рабочих условиях стройки. Предварительная оценка по мощности вращения: 5+!

Обновление от 28.12.2019

Блок питания очень мощный, вполне справляется с долгим сверлением. В реализации без ОС по напряжению, блок может быть подключенным к сети хоть целые сутки - нагрева нет.

Однако в процессе эксплуатации на объекте выявился существенный недостаток: при заклинивании вала двигателя могут перегорать силовые ключи. У меня всегда вылетал "минусовой" транзистор (нижний по схеме), а второй оставался целым.

Так как заклинивание вала эквивалентно короткому замыканию на выходе БП, нужно принять меры, устраняющие это явление. Посмотрим на работу аккумуляторного инструмента - за счет "мягкой" вольт-амперной характеристики (ВАХ) батареи, при слишком больших нагрузках и заклинивании просаживается напряжение, в следствии чего уменьшается и ток.

Опытов еще не проводил, но считаю полезными меры по "смягчению" ВАХ:
1. Вторичную обмотку силового трансформатора нужно мотать "кучнее", без разнесения по всему кольцу.
2. Номинальное напряжение на выходе (под нагрузкой лампы 30 Вт, например) снизить на несколько вольт путем уменьшения числа витков вторички. То есть если шуруповерт на 14,4 В, то подобрать напряжение на выходе БП 9-10. Вполне возможна просадка мощности вращения после таких манипуляций, тут следует найти оптимальный вариант.

Делать защиту в "горячей" части блока считаю неактуальным, ибо при больших нагрузках защита будет часто срабатывать и потеряется удобство в работе. Все-таки меры по "смягчению" ВАХ мне кажутся более приемлемыми.

Будет очень интересно узнать ваш опыт, если будете собирать схему и пытаться сделать "мягким" заклинивание вала. Контакты в подвале сайта.