Napájecí zdroje

- pro PMI-80 a jiné mikropočítače s CPU 8080



Napájení systémů založených na mikroprocesoru 8080 není úplně jednoduchou záležitostí. Tento procesor totiž vyžaduje celkem tři napájecí napětí: -5V, +5V a +12V. Kromě samotného CPU je +12V nutných i pro hodinový obvod 8224 a chceme-li využít jednoduché přerušení RST7 i pro systémový řadič 8228. Z klasických počítačových obvodů by to mělo být vše co vyžaduje jiné hladiny než +5V (snad vyjma 1 KB pamětí 8608/8708 (2708), ale kdo by je dnes používal). Napětí by měla být navzájem hlídána tak, aby při výpadku některého z nich ideálně došlo k odpojení ostatních dvou. Minimálně je vhodné zajistit, aby při výpadku napětí -5V došlo k odpojení hladiny +12V, jinak se procesor spolehlivě zničí. To není vždy snadné zařídit, takže ne vždy se to dělá:-) Také se uvádí, že napětí by měla po zapnutí nabíhat a po vypnutí být odpojována u určeném pořadí. Jenže třeba v popisu zdroje pro SAPI 1 v AR B2/1983 Ing. Eduard Smutný psal, že "hlídat sekvence nárůstu a výpadku jednotlivých napětí není nutné". A když to napsala taková kapacita v oboru, jakou Ing. Smutný bezesporu byl, tak je to pravda. Dříve než se podíváme, čím se dají systémy s procesorem 8080 napájet, malá poznámka k novějším procesorům (třeba 8085, Z-80 apod.). Tyto procesory požadují jediné napájecí napětí +5V a napájení takových systémů není žádný problém.



Síťový napáječ SN 080

Síťový napáječ SN 080 je tovární kousek, který v 80. letech vyráběl podnik ÚV Svazarmu Elektronika. Zdroj byl přímo určen pro napájení dvou počítačů PMI-80 současně, zřejmě pro školní účely (v lavici vždy seděli dva žáci:-)) Vyobrazený kousek byl v dobrém stavu a nepotřeboval mnoho úprav. Jen bylo nutné doladit napětí +5V a +12V, která byla o cca 0,8-1V vyšší. Vzhledem k tomu, že ke zdroji existuje schéma (viz. dále), nebyla úprava formou výměny rezistorů v děličích napětí žádným problémem. Další úpravou bylo nahrazení původních plastových 6-ti dutinkových DIN zásuvek, které se nevyznačovaly spolehlivostí a nebyly určeny pro větší proudy, masivnějšími 4-dutinkovými konektory XLR187 se zámkem proti rozpojení (viz. zadní pohled na zdroj). Pro vlastní napájení PMI-80 slouží redukce s konektory Molex z vyřazeného PC zdroje. PMI-80 je pak osazeno příslušným protikusem. Repliky PMI-85 a PMI Z-80 jsou zase osazeny protikusem pro konektor na napájení FDD mechaniky. SN 080 obsahuje pouze pojistku proti výpadku -5V (pak se zablokuje zdroj +12V). Více o tomto zdroji viz. přiložený PDF soubor. A protože je SN 80 určen pro napájení 2 kusů PMI-80 zároveň, nezbylo, než si pořídit i druhé PMI... :-)

Zdroj SN 80 pro PMI-80
SN 080 zepředu
Zdroj SN 80 pro PMI-80
SN 080 zezadu (po výměně konektorů)
 
Zdroj SN 80 pro PMI-80
SN 080 napájí PMI-85
Zdroj SN 80 pro PMI-80
SN 080 a 2x PMI-80

Níže si můžete stáhnout schéma zapojení zdroje SN 080, které vyšlo v AR A2/1985:


Zdroj SN 080



Síťový napáječ SN 085

Síťový napáječ SN 085 je málo známý nástupce SN 080. Kromě mírně odlišného zapojení, ale ukrývá jednu zradu, díky níž si můžete poškodit napájené zařízení. Popis zdroje, svou úpravu a pár fotek poslal David. A další fota zase Jarda. Díky!

Zdroj SN 85
SN 085 a PMI-80 M16
Zdroj SN 85
SN 085 zepředu
 
Zdroj SN 85
SN 085 zezadu
Zdroj SN 85
SN 085 a úprava
 
Zdroj SN 85
z manuálu SN 085
Zdroj SN 85
z manuálu SN 085
 
Zdroj SN 85
SN 085
Zdroj SN 85
SN 085

K tomu SN085: rozdíly (od SN 080)jsou nepatrné. Prakticky jen drobné úpravy osazení součástkami. ALE - je úplně jinak zapojený konektor (namaloval jsem to všechno do schématu červeně, včetně "pasti na imperialisty" a toho konektoru). Past na imperialisty spočívá v tom, že R4 není spojen s +5V jako v SN 080, ale je veden na konektor - vývod číslo 4. Důsledek je ten, že pokud se tento pin nepropojí s +5V třeba v konektoru (např. člověk zapomene, nebo třeba proto, že ty 30 let staré Teslácké pětikolíky už bývají moc pěkně došediva zoxidované), tak máme na výstupu v +5V větvi těch voltů hnedle deset! Což je samozřejmě pro naše (nejen) PMIčka smrtelné. Osobně jsem to vyřešil tak, jak je to "zakolečkováno" na jedné z fotek - bílý drát jsem odpájel a zaizoloval, a propojku si udělal uvnitř zdroje (+5V je hned vedle, jeden z vývodů tranzistoru).

Princip úpravy je na následujícím schématu, ovšem je to zakresleno do schématu SN 080! Schéma má jen informační charakter! To správné je na fotografii výše.

Zdroj SN 85
Hlavní odlišnosti zapojení SN 085 od SN 080 (zakresleno do schematu SN 080)



Zdroj PMI-80

Následující zdroj je velmi unikátní kousek, který byl navržen také přímo pro PMI-80. Byl vyvinut a vyroben ve Vývojových laboratořích ČVUT v Poděbradech. Zdroj dokonce má i výrobní štítek a jeho výrobní číslo je 002. Dokonce i transformátor je navinut speciálně pro tento zdroj a opět je vybaven štítkem ČVUT. Jelikož zdroj "nemá nožičky" a zespodu je takový neukončený, byl pravděpodobně součástí nějaké další konstrukce, jejíž součástí asi bylo i PMI-80. Bohužel nálezový stav zdroje byl velmi špatný. Někdo na něm děsivě bastlil. Ve zdroji bylo strašným způsobem dobastleno něco, co asi měla být akustická indikace výpadku některého ze tří napětí. Ale byla to hrůza, takže vše co evidentně nebylo původní šlo pryč a zdroj byl zrepasován.

V podstatě stačilo jen vyměnit všechny 3 filtrační elektrolyty (jeden byl vyteklý, takže pro jistotu šly všechny) a udělat z licny nové propojky na čelní panel. Ty zdrojové zdířky tam původně nebyly a jsou nyní nově dodělány, aby zdroj šel použít univerzálně (předchozí bastlíř do panelu stejně udělal tolik děr, že už to bylo jedno). Původně měl zdroj výstup na čokoládu přišroubovanou zespodu na dno. To je stále zachováno a je sem připojen kabel s konektory Molex ze zdroje PC. Jinak se podstatě se jedná o tři klasicky zapojené zdroje se stabilizátory 7805 (2x) a 7812. Stabilizátory jsou v kovovém pouzdře a jsou umístěny na masivních chladičích. Indikace přítomnosti výstupních napětí je na LEDkách na čelním panelu. Výstupní napětí nemají žádné pojistky ani hlídání výpadku.

Zdroj pro PMI-80
Zdroj z ČVUT zepředu
Zdroj pro PMI-80
Zdroj z ČVUT zezadu
 
Zdroj pro PMI-80
Zdroj z ČVUT zespodu
Zdroj pro PMI-80
Zdroj z ČVUT a PMI-80

Zdroj neobsahuje žádné řízení pořadí zapínání a vypínání napětí ani žádnou pojistku proti výpadku některého z nich. Proto jsem jej jistotu doplnil o primitivní pojistku výpadku napětí -5V. Při výpadku -5V (a vlastně i +5V) je odpojeno i napětí +12V. Pojistka je naprosto primitivní a její schéma je na následujícím obrázku. Obrázek snad nepotřebuje další komentář. Dioda D2 by měla být rychlá. Jen je s podivem, že na tohle ještě nikdo nepřišel (nebo to spíš nikdo nepublikoval). V literatuře 80. let byly vždy popisovány složité elektronické pojistky. Holt tehdejší masivní rozvoj mikroelektroniky primitivním relé asi nepřál...

Pojistka vypadku +- 5V



Jiné zdroje pro systémy s CPU 8080

Další zapojení zdrojů naleznete v literatuře. Několik jich je v PDF souboru se souhrnem doplňků a úprav PMI-80. Tento soubor je ke stažení na stránce o PMI-80. Další najdete třeba v AR A6/1988 (zdroj pro TEMS 80-03A), nebo v AR B2/1983 (zdroj k SAPI 1). Je zajímavé, že zdroj k TEMS 80-03A popisovaný v AR nemá napětí -5V, ale -12V. Přímo na desce počítače je totiž ještě stabilizace na -5V z těch -12V a -12V se používá pro jiné obvody (operační zesilovače pro styk s MGF a obvody sériového kanálu). Stabilizátor na -5V, který je součástí TEMSe 80-03A, je jednoduchý parametrický se zenerovou diodou a výkonovým tranzistorem.

Zdroj k Tems 80-03A

Občas se v inzerci dá narazit na zdroje od PMD-85. Jedná se o starší lineární EA 1605 (viz. schéma níže), nebo novější spínaný PMD-10. Kromě lineárních zdrojů je pochopitelně možné používat i zdroje spínané (např. zmíněný zdroj PMD-10 k počítači PMD-85), ale tahle moderna na Nostalcomp nepatří. Navíc "spínačky" ruší a pískají... :-)


Zdroj EA 1605

Michal k EA 1605 poslal zajímavou poznámku: povedlo se mi sehnat napájecí zdroj Tesla EA 1605, byl ještě zaplombovaný. Zajímavostí je již od výrobce osazený 6-ti pólový nožový výstupní konektor a ten už teda zvládne podstatně větší proudy, než běžné pětikolíky. Jediné s čím jsem měl trochu problém, bylo propojení zdroje s PMI. Na nožovém konektoru je mimo +5V, -5V a +12V ještě jeden výstup popisovaný jako sběrnice, navíc +5V nemá 5V a kontrolka slabě svítí. Vydedukoval jsem ze schématu, že je v počítači PMD85 propojen s +5V. Zkusil jsem toto propojit ještě před připojením k PMI a kontrolka +5V, která svítila velmi slabě se rozsvítila stejnou intenzitou jako ty ostatní a napětí je nyní přesně +5V.

Další zdroj pro PMI-80 je popsán na konci knihy "Mikropočítač PMI-80: co s ním?", kterou si můžete stáhnout na stránce o PMI-80. Jedná se o klasicky řešený zdroj s integrovanými stabilizátory řady 78xx, a kromě napětí +5V, -5V a +12V, je zde i -12V, takže by se hodil i pro TEMS 80-03A



Fígl pro získání -5V

V Ročence Sdělovací Techniky 1983 byl publikován následující fígl, jak snadno získat napětí -5V pro CPU 8080 jen ze systémového taktu. Možná se to někomu bude hodit. Při konstrukci nějakého malého systému to velmi zjednodušší zdroj. Teoreticky je pak možné napájet takový systém z jediného vinutí. Nejprve stabilizovat +12V, z něj dále stabilizovat +5V a -5V získat následujícím fíglem. Pochopitelně je to řešení opravdu jen pro malý systém, protože největší proud se bude vždy odebírat ze zdroje +5V a při tomto řešení budeme tímto proudem zatěžovat i stabilizátor +12V. Ale za úvahu to stojí. Následující obrázek lze rozkliknout.

Zdroj -5V

Jednoduchý měnič pro získání -5V z +12V byl také popsán v časopisu Stavebnice a Konstrukce ("žluté amáro") 2/1999. Jedná se o klasicky zapojený invertor napětí s NE555 a následnou stabilizací pomocí 79L05. S použitím tohoto měniče by opět bylo možné napájet systém s CPU 8080 z jediného zdroje +12V.



Spínaný zdroj pro PMI-80 a jiné systémy s 8080

Jak jsem uvedl výše při zmínce o spínaném zdroji PMD-10, je to hnusná moderna a na Nostalcomp nepatří. Jenže jsem občas zatoužil být trochu mobilní a tahat s sebou k PMIčku těžký zdroj není zrovna žůžo. Takže jsem o malé "spínačce" občas zapřemýšlel. Pak jsem jednou kupoval něco na Aukru, a protože to bylo za pár korun, koukal jsem, co daný prodejce ještě nabízí. A ejhle! Pěkný spínaný zdroj +5V/3A +12V/2,5A a -12V/0,3A a prý funkční. Cena příjemná, tak jsem do něj šel. Pochopitelně od začátku jsem plánoval úpravu spočívající v přidání stabilíku 7905 do větve -12V a vytvoření -5V pro CPU 8080.

A jak jsem řekl, tak se stalo. Po odkrytování jsem musel konstatovat, že to byl dobrý kauf. Zdroj je velmi pěkný a vypadá to na poctivou konstrukci, žádný ošizený číňan. Místo na minidestičku se stabilizátorem 7905, několika kondíky a LEDkou jako symbolickou zátěží se také našlo, takže mám krásný snadno přenosný malý a přitom výkonný zdroj pro své miláčky s 8080A:-)

Spínaný zdroj pro PMI-80
spínaný zdroj - vnitřek
Spínaný zdroj pro PMI-80
spínaný zdroj pro PMI a jiné



Měnič pro napájení PMI-80 z jediného zdroje 5V

Následující zapojení měniče, který z napětí +5V vyrábí +12V a -5V nutných pro procesor 8080A a některé další obvody této rodiny navrhl, otestoval a ve své replice PMI-80 M16 úspěšně používá Milan:

Pro ty, kterým vadí na procesoru 8080 hlavně potřeba napájení ze tří zdrojů, jsem navrhl a vyzkoušel měnič, který tento problém řeší. Jedná se v podstatě o aplikace dvou měničů:

a) měnič z +5V na -5V: zde se v podstatě jedná o katalogové zapojení DC/DC invertoru s nábojovou pumpou, typ ICL7660. Však i v datasheetu se dočtete, že jeho hlavním účelem bylo napájení právě procesoru 8080. Zapojení je velmi jednoduché – stačí dva elektrolyty 10uF a tím dostanete zdroj, který obrací polaritu, pro nás z +5V na -5V. Jeho zatížitelnost není velká (řádově desítky mA), ale pro naše účely bohatě stačí.

b) měnič z +5V na +12V: opět se jedná o katalogové zapojení tentokrát měniče MC34063 – zapojení je už trochu složitější, jedná se o klasický spínaný zdroj, ale zato snese větší zatížení. Můžeme si zvolit výstupní napětí a může fungovat jako kladný i záporný měnič. Zde tedy z +5 na +12V. Při návrhu jsem si vypomohl touto pomůckou. Měnič je navržen pro zatížení asi 230mA (R3 – 0,22 ohmů, omezuje proud a dá se běžně koupit) a dělič R1, R2 (1K5, 13K) určuje výstupní napětí. Hodnotu 13K buď koupíme (je ve standardní řadě E24), nebo složíme ze sériových odporů 1K a 12K. Elektrolyt na výstupu je 330 nebo 470uF a měl by to být typ s nízkým ESR. Tlumivka 100uH je obyčejná axiální (ležatá) např. z GM. Ta společně s C5 (680pF) určuje kmitočet měniče. Spínací sběrná dioda je vhodnější schottky (1N5819) než obyčejná 1N4007, kvůli lepším spínacím vlastnostem a menšímu úbytku napětí.

Měnič pro PMI-80
zapojení měniče

Pokud se rozhodnete napájení PMIčka vyřešit takto, buďto jej postavte na zvláštní DPS a připojujte standardním napájecím konektorem PMI, a nebo (jak jsem to udělal já) jej můžete postavit na univerzálním prostoru přímo na desce PMI. Pak ovšem musíte počítat s tím, že externí zdroj se třemi napětími už nebudete moci používat vůbec, protože výstupy z měničů pak budou trvale připojeny k napájení PMI. Připojujte zvenku jen a pouze +5V ! Napájení +5V by mělo být schopno dodat alespoň 1A. Zároveň jsme dosáhli toho, že nikdy nemůže nastat nebezpečná situace, kdy vypadne napájení +5V a +12V zůstane, což může mít za následek zničení obvodu MH8228 nebo procesoru. Prostě není-li +5V, nebude ani +12V, protože není z čeho měnit...

Měnič pro PMI-80
detail hotového měniče
Měnič pro PMI-80
měnič vestavěný v PMI-80 M16

Tento měnič si podle tohoto návodu postavil také pan Truxa a napsal k tomu:

Zdroje pro 12V a -5V jsem udělal pomocí měničů z 5V dle vašeho doporučení (ICL7660 pro -5V a MC34063 pro +12V). U zdroje jsem měl původně axiální tluminku z GM 100uH/0,17A ale ta se docela hřála. Tak jsem nakonec našel nějakou jinou pro větší proudy a to už bylo ok.

Měnič pro PMI-80
detail hotového měniče



Zdroj pro PMI-80 z PC AT zdroje

Mnoho provozovatelů počítače PMI-80, ale i jiných počítačů s procesorem 8080 pokukuje po možnosti, napájet své miláčky z PC zdroje, který poskytuje potřebná napětí. Jenže se šíří různé zvěsti, že upravit takový zdroj není snadné, protože tyto zdroje neběží zcela spolehlivě naprázdno, a že je tedy nutné provést nějaké úpravy, a že se to liší kus od kusu, a že to prostě není jednoduchý... Pan Bartek nad tím nedumal a prostě to vyzkoušel. A popis úpravy, která je velmi jednoduchá poslal ke zveřejnění. Moc díky! Zdroj úspěšně používá k replice PMI-80 M16. Je ovšem nutné zdůraznit, že popis se týká starších zdrojů typu AT, nikoliv novějších ATX. Ovšem AT zdrojů jsou plné šroťáky a seženete je i grátis. Neberte to. Pokud by někdo realizoval podobnou úpravu na ATX zdroji, dejte vědět! Následuje autorův popis úpravy:

Přestože jsem se toho také trochu obával, celá úprava je snadná a bezproblémová. Myslím, že jako zdroj pro PMI je to skvělé řešení, jak z hlediska ceny a dostupnosti, tak rozměrů a hmotnosti. Vycházel jsem z článku na webu (ovšem původ úpravy pochází z časopisu Praktická Elektronika 9/2003, článek na webu již neexistuje a původně uvedený odkaz byl smazán). Zde se sice uvažuje použití PC zdroje jen jako zdroj 12V, ale zdroj vyrábí všechna potřebná napětí pro CPU 8080A, tedy +5V,-5V a +12V. Podle článku by spínaný zdroj neměl pracovat naprázdno, proto je třeba vytvořit určitou zátěž na větvích +5V, případně +12V. Zde asi záleží na výrobci zdroje, nicméně vyřešil jsem to zatížením obou větví stejným proudem, cca 200mA. Ostatní větve zdroje nemusí být zatížené. Zátěž je řešena výkonovými 10W rezistory: 56Ω pro +12V větev a 22Ω pro +5V větev. Rezistory jsem přilepil na vnitřní stěnu zdroje, protože se mírně zahřívají (hliníková stěna je tak ideální chladič). Pak už stačí jen odštípat původní nepotřebné vývody s napájecími konektory, odstranit zbytečný přívod k přepínači 120/230V a případně přidat vypínač (ale lze spínat i pouhým připojením do zásuvky bez vypínače). Napětí naměřené ve větvích +12V a -5V se mírně liší od jmenovitého (cca +11.5V a -4.7V), procesoru 8080A a ostatním obvodům v PMI to však nevadí, je to v toleranci. Napětí +5V je přesně. Konstrukce je zřejmá z uvedeného odkazu.

Pan Bartek přiložil také fotografie svého provedení i s důkazem, že zdroj opravdu dokáže napájet počítač s procesorem 8080, zde repliku PMI-80 M16:

PC zdroj pro PMI-80
deska PC AT zdroje
PC zdroj pro PMI-80
detail rezistorů
 
PC zdroj pro PMI-80
upravený PC zdroj pro 8080
PC zdroj a  PMI-80 M16
PC zdroj a PMI-80 M16


RET



Odladěno na MS IE 8.0 a Firefoxu při rozlišení min. 1024 x 768 pixelů
www.NOSTALCOMP.cz    2010  -  2017