Jdi na obsah Jdi na menu
 


12. 8. 2018

Výměna napěťového regulátoru u ZXS

DC-DC Converter with LM2596

Již dříve se ke mně dostaly informace o zajímavé a přínosné možnosti vyměnit původní napěťový regulátor 7805 v ZXS za něco s vyšší účinností, čili méně topícího. Nejprve jsem četl něco tuším od aktivního technika UB880D ze slovenského SinDiKatu, který si sehnal obvod LM2576 a k němu poměrně velkou toroidní cívku, motanou tlustým měděným drátem, a jakýmsi způsobem nacpal tyto součástky do ZXS místo regulátoru 7805. Nemůžu bohužel najít původní článek, ale výsledkem bylo jakési vrabčí hnízdo olepené izolačkou, kvůli nebezpečí zkratu.

Tak tyto dřevní doby jsou už naštěstí za námi. Dneska se nám díky Číňanům otevírají netušené možnosti. A jelikož docela často nakupuji na eBay, tak jsem si nemohl nevšimnout různých variant desek s moderním DC-DC měničem LM2596 a maličkou hrníčkovou cívkou v SMD provedení. Stačí na eBay.com nechat vyhledat LM2596S DC-DC Buck Converter. Tyto destičky ve formě malých modulů lze použít bez jakýchkoliv dalších součástek jako účinný zdroj napětí pro ZX Spectrum i další historické počítače. Moduly mají většinou možnost plynulé změny výstupního napětí ve velkém rozsahu pomocí miniaturního víceotáčkového potenciometru. Velké účinnosti je dosaženo použitím malé cívky a velké frekvence oscilátoru (udává se 150 kHz). Narozdíl od dřívějších běžných těžkých zdrojů s velkými trafy a síťovou frekvencí 50 Hz.

Tak jsem si jeden z těchto modulů pořídil a následně se jej pokusil implantovat do ZXS. Věděl jsem, že v gumáčkovi není na podobné věci moc místa. Proto jsem provedl úpravu v plusku, které má větší skříňku a umožňuje tak podobné úpravy provádět poměrně komfortně.


Teď trochu na chvíli odbočím. Do gumáčka zkusím později dát miniaturní verzi, kterou jsem si nedávno nechal poslat z eBay od čínského prodejce chips-fans (Lot DC-DC 12-24V To 5V 3A Adjustable Step Down Power Module Buck Mini Converter). Tento mini modul by měl mít opravdu velkou účinnost (až 95% při Vin=12V a proudu kolem 1A) a měl by pracovat na frekvenci 500 kHz. Otázka je, jestli tato frekvence nebude způsobovat, kromě možných bolestí hlavy, i nějaké významné rušení samotného počítače. Uvidíme.

DC-DC mini power converter

Zespodu na destičce jsou pájecí propojky, kterými se volí požadované pevné výstupní napětí (1.8V 2.5V 3.3V 5V 9V 12V) nebo případně režim plynule nastavitelného výstupního napětí pomocí malého trimru na modulu (ADJ).

Při pátrání po významu signálu EN na modulu, jsem narazil na obdobu použitého řídícího obvodu - TPS54560. Alespoň, co se týče funkce a počtu vývodů. Signál EN je povolovací vstup. Pokud není zapojený, tak je funkce obvodu povolena. Čili tento vstup nezapojovat.

Jak tak na to koukám, destička má kromě vstupu EN pouze tři další kontaktní plošky. Vstupní napětí se přivede na IN+ a výstupní se bere z VO+. Na GND přijde zem. A teď to hlavní - tyto tři signály na ploškách jsou uspořádány ve stejném pořadí jako signály napěťového regulátoru 7805. Čili pokud se do otvorů destičky připájejí silnější dráty (např. vývody z výkonových diod), tak se celý modul pak může připájet samonosně do desky Spectra místo původního regulátoru. Mohl by se nechat viset ve vzduchu na vývodech, rovnoběžně s deskou nebo případně podlepit nějakou silnější izolační páskou či pěnovou oboustrannou lepící páskou, kterou by se přilepil ke spodní části skříňky (za tyto nápady děkuji Ikonovi ze SinDiKatu, který mi napsal své tipy k uchycení modulu). Místo by tam na něj mělo být (mezi regulátorem a obvodem EPROM).


Ale vrátím se k hlavnímu tématu. Měl jsem dopředu promyšleno, že modul umístím na dva kovové sloupky, které mi přišly spolu s ním. A abych nemusel vrtat do krabičky, tak sloupky zafixuji tavnou pistolí ke spodní části skříňky. No, teď už vím, že to nebyl nejlepší nápad. Ale postupně.

Změřil jsem nejprve vstupní a výstupní napětí na původním regulátoru 7805, abych mohl podle naměřené výstupní hodnoty správně nastavit nový měnič. Výstupní napětí bylo cca 5,06V.

ZX Spectrum input voltageZX Spectrum regulator output voltage

Pak jsem ještě využil teplotní sondu u multimetru a změřil teplotu chladiče u regulátoru. Uprostřed chladiče to bylo něco kolem 46 stupňů. A poblíž regulátoru šla teplota k padesátce. Zjistil jsem, že při této teplotě se už nedá příliš dlouho udržet na chladiči prst a citelně to pálí. No, tohle horko asi moc dobře okolním součástkám nedělalo. Nemluvě o rychleji stárnoucí membráně klávesnice.

ZX Spectrum heatsink tempZX Spectrum heatsink temp

Napadlo mě pak ještě, v tomto horkém letním dni, změřit pro porovnání teplotu na plechovém parapetu za oknem, na který svítilo odpolední slunce. Teplota byla téměř stejná. Padesát stupňů. Zajímavé. Myslel jsem, že povrchy, které již citelně pálí, mívají vyšší teploty.

Tak jsem se tedy pustil do výměny a zafixoval nejprve ty dva kovové sloupky rozpuštěným plastem v domnění, že to bude držet.

Glued spacers for DC changer

Pak bylo potřeba nastavit na novém modulu stejné výstupní napětí jako u původního regulátoru (5,06V). To je třeba provést ještě před jeho instalací do počítače a připojením k plošnému spoji! Jelikož elektronika na desce nesnese vyšší napětí jak cca 5,25V a modul může být z výroby nastaven na libovolné vyšší napětí až do napětí napájecího (12-13V). A to už by na desce spolehlivě něco odešlo.

DC changer adjustment

Takže jsem pro napájení modulu zatím využil Univerzální zdrojometr vlastní výroby s digitálním displejem a pokusil se s ním modul nastavit.

My Homemade Universal Power Supply

Zdrojometr, již podle svého názvu, se chová buď jako zdroj s plynule měnitelným napětím (cca 0-25V) nebo po přepnutí přepínače jako multimetr pro měření proudu nebo napětí (od výstupních svorek se odpojí výstupní napětí a svorky lze využít pro měření). Displej ukazuje buď napětí nebo po přepnutí přepínače proud v napájeném obvodu. Celá vnitřní elektronika je jednoduchá. Jsou tam jen vícenásobné vícepolohové přepínače s odpory jako bočníky a předřadníky. Ale musel jsem si to tenkrát rozkreslit v Eaglu, abych se v tom nezamotal. No, dnes již jsou na eBay k dostání hotové moduly pro laboratorní zdroje s omezovačem proudu a pamětí na často používaná napětí. Stačí na eBay hledat Adjustable LCD Display Step Down Power Supply Buck Module. Takže dnes bych už laboratorní zdroj vyráběl pomocí podobného modulu z Číny.

Podrobně se o tomto modulu rozepisuje na svém blogu Petr Stehlík, který si k němu tiskl i parádní krabičku a natočil video, kde popisuje parametry tohoto čínského zázraku. Hlavně vyzvedává vlastnost omezení výstupního proudu. Což je důležitá věc při oživování elektronických konstrukcí. Dá se tak zamezit spálení obvodů při chybném zapojení součástek.

Power Supply of Petr Stehlik

Nemaje zkušenosti s víceotáčkovými potenciometry, točil jsem tedy několikrát miniaturním šroubečkem a sledoval změnu výstupního napětí. Nebyla v podstatě žádná. Na výstupu modulu bylo pořád napětí asi o 1V nižší než na vstupu. Tak jsem začal podezřívat Číňana, že mi poslal nějaký fake regulátor s vestavěným odporem místo vnitřní elektroniky. Připojil jsem k modulu pro jistotu jako zátěž ventilátor na 12V. Protože spínané zdroje se chovají všelijak, pokud nejsou dostatečně proudově zatížené.

DC Changer Adjustment

No, nakonec stačilo otočit šroubkem prostě vícekrát a napětí začalo klesat. Projevilo se to i na ventilátoru, jehož otáčky začaly také klesat. Takže jsem nemusel ani sledovat voltmetr a věděl jsem, že jsem na správné cestě. Netušil jsem, že tenhle potenciometr má tolik otáček. Regulace asi u něj není lineární, protože po mnoho otáček se nedělo nic a pak najednou asi od poloviny rozsahu začalo výstupní napětí reagovat. Možná je to vlastnost samotného měniče.

Již dříve jsem zjistil i další zajímavou věc. Že PC ventilátory na 12V se roztáčejí už od cca 3-4V. Takže je lze provozovat v letních horkých dnech např. s napájením z USB. Nebo případně z powerbanky k mobilu. Vyzkoušeno osobně s chladičem na polévku v jídelně, napájeným z USB powerbanky. Ventilátor na fotce, se stojánkem z červené špulky od cínu, používám na odsávání kouře při pájení, abych se toho zbytečně nenadýchal.

DC Converter Adjustment

Na připojení modulu jsem možná použil zbytečně tlusté vodiče. Stačily by na ten proud pro ZXS i tenší. Může to mít odběr jen něco přes 1A, pokud se připojí více periferií. Ale pro jistotu. Vodiče jsem použil jen 3, protože země (GND) jsou na modulu propojené, takže stačí zapojit jen jednu na jedné straně (viz modrý drát na fotce). Vodiče se připojí do otvorů po vyjmutém regulátoru 7805 tak, že při pohledu ze zadní strany ZXS, do horního otvoru jde vodič z IN+ na modulu (na fotce žlutý), na středu je zem (z OUT- nebo z IN-) a do dolního otvoru jde vodič z OUT+ (červený vodič) - viz foto níže. Na tomto červeném vodiči by mělo být po zapnutí ZXS napětí kolem 5,06V - viz odstavce výše.

DC Converter in ZX Spectrum+

Po zapojení modulu a otestování počítače se zdálo být vše OK. Teplota na měniči je kolem 35 stupňů při nezatíženém počítači (bez periferií).

Test of a new DC Converter in ZXS

Temp of a new DC Converter

Poté, co jsem k ZXS připojil do série pár interfaců, tak ejhle teplota na měniči vyšplhala na již známých 50 stupňů a začala povolovat fixace kovových sloupků při oteplování měniče a cívky. Nojo, plast z tavné pistole začíná měknout už při těch cca 50 stupních. Takže není vhodný pro tepelně namáhané spoje. Já to věděl, ale za zkoušku to stálo.

The Test with fully featured Spectrum

Tak jsem popřemýšlel, jak to pojistit, aby mi modul necestoval ve skříňce a něco nezkratoval. Zajistil jsem přívodní vodiče malířskou páskou a nakonec po harakiri se stahovacími pásky, jsem využil ještě i vedlejší volný plastový sloupek ve skříňce, zašrouboval do něj krátký vrut a připáskoval modul k němu a okolo jednoho ze sloupků na modulu.

Fixation of the DC Converter module


Pokud budete upevňovat modul ve svém ZXS+, uchyťte destičku přímo vrutem na tento plastový sloupek. Mě už by na tu vzdálenost nevystačila délka vodičů, proto jsem to tak nechal. Já si až pozdě všimnul, že tento sloupek není ve skříňce využitý. JInak bych ho využil hned. Ty kovové sloupky byly docela zavádějící cesta. Nebo můžete na destičku zespodu přilepit proužek oboustranné samolepící pěnové pásky a celé to pak přilepit na spodek skříňky. Snad to teplem neodpadne. Nemám k těmto lepícím páskám moc důvěru. Nejjistější jsou šroubované spoje.

Mimochodem, z těch kovových sloupků, přiložených k modulu, jsem byl docela rozčarovaný. Protože jsem zjistil po zafixování, že má každý sloupek jiný závit. Na jeden šla matička M3 v pohodě, ale na druhý už ne. Měl jiné stoupání závitů! Číňan mi holt poslal, co mu pod ruku přišlo. Oni to tam hrnou lopatami, takže se není co divit.


Opatřil jsem tedy měnič malým chladičem, který jsem měl k němu také přibalený. Natřel jsem jej předtím bílou teplovodivou pastou na chladiče. Snad to na něm bude držet.

DC Converter with heatsink

No nic, zdá se, že to po úpravě funguje. Dokonce i se superžravou sestavou, s interfacy RAM Turbo + K-Mouse + divIDE, napětí pokleslo jen o pár desetin na cca 5,02V. Akorát kvůli interfacu RAM Turbo trochu zlobí boot divIDE. Nedávno jsem tuto sestavu zkoušel na mém vytuněném gumáčkovi a děly se po resetu opravdu divné věci.

Musím několikrát restartovat a držet při tom SPACE. Aby to detekovalo modul s SD kartou. Ale není to zas takový problém. RAM Turbo je totiž vylepšený nástupce slavného ZX Interface 2, který obsahoval rozhraní pro 2 Sinclair joysticky a slot pro kartridž. A proto má RAM Turbo svou vlastní inteligenci. A nepustí divIDE ke slovu. Na fotce níže, na zdroji ke Spectru, klečí na svých třech nožkách původní regulátor 7805. Asi si ho vystavím někde na poličce :-)

Final testing

A nakonec bylo třeba vše řádně otestovat na nějaké hodně náročné hře...

R-Type Test Game

...která dala zabrat nejen počítači, ale i mně. Hlavně ta ježibaba na koštěti mě vždycky sejmula hned v prvním levelu. To je taky nápad dávat do sci-fi střílečky ježibabu na koštěti :-D

 

Náhledy fotografií ze složky ZXS-DC-converter

Komentáře

Přidat komentář

Přehled komentářů

Zatím nebyl vložen žádný komentář