Буквально совсем недавно я выкладывал обзор блока питания с функцией ИБП, где его ругал. Отчасти это было справедливо, отчасти нет и сегодня я хочу рассказать как об этом, так и о том, как доработать этот блок питания для получения более правильного (на мой взгляд) баланса токов заряда и основного выхода.


Начну сегодняшнюю статью с того, что принесу извинение за ошибки, допущенные в ходе подготовки предыдущего обзора, из-за чего результаты тестов оказались хуже, чем есть на самом деле. Скорее всего предыдущий обзор будет переработан, но сегодня я хотел бы пояснить что произошло и почему.

В прошлый раз я писал демонстрировал, что блок питания по основному выходу может выдать не более 9А, причем меня удивило то, что этот ток не зависит от того, заряжается в данный момент аккумулятор или нет. Это было действительно странно и тогда я отложил разбирательства "на потом".


Каково же было мое удивление, когда при подготовке видео по этому БП я в ходе нагрузочного теста я без проблем получил на выходе ток 15.6А.
Как так, ведь я тестировал этот блок и он стабильно выдавал только 9А, ну может чуть больше...


При одновременно заряде аккумулятора соответственно ток срабатывания защиты был на 4 ампера меньше, это видно по тому как напряжение на выходе начинает резко снижаться потом опять подниматься, блок отключается, переходит на аккумулятор, перезапускается, уходит в защиту, переходит на аккумулятор и так далее.


Явно что-то не так. и здесь я вспомнил, что буквально за несколько дней перед этим я умудрился спалить свою электронную нагрузку, включил в режим максимальной мощности при предельном напряжении в уже сильно прогретом состоянии.
Я её конечно сразу починил, о чем даже планировал написать, а теперь уж точно сделаю это.

После того как она коротнула, я её вскрыл, вынул силовую плату. Отключать все провода не стал.


Открутив плату увидел, что под одним из транзисторов пасты было явно мало, да и вообще её не очень много.


Но оказалось, что вышел из строя тот транзистор, где пасты было как раз больше.


Вспомнив что я как раз покупал правильные транзисторы, как для переделок, так и для новых устройств, достал один из пакетов и отобрал парочку с идентичными номерами.


Прочистил отверстия в плате при помощи зубочистки, установил новые транзисторы, прикрутил плату на место без пасты и только после этого запаял их. Дело в том, что транзисторы установлены жестко, соответственно нужна точная установка без перекосов, потому запаиваются они в установленном состоянии.
Затем снял плату и нанес пасту.


Уже после всех этих операций установил плату нормально и собрал нагрузку.


Во время теста блока питания все шло вроде отлично, единственная странность была в том, что при измерении уровня пульсаций появилась какая-то паразитная наводка с частотой сети. Я не стал сразу с этим разбираться, а просто взял другую нагрузку и провел эти тесты уже с ней, потому на остальные результаты тестов это не повлияло, но сомнение закралось.


Проблема вылезла совершенно случайно, причем косвенно. Во время теста аккумуляторов оказалось, что моя нагрузка не может нагрузить его током более 9.5-9.6А, совпадение величины тока с предыдущим тестом случайно.


И здесь я понял в чем проблема, причем для этого мне не понадобилось даже разбирать нагрузку, как говорится - все встало на свои места.

Судя по всему, новые транзисторы имеют более высокое напряжение требуемое для полного открывания чем у тех, что были раньше. И все бы ничего, но скорее всего питание выходного ОУ, управляющего транзисторами, 5 вольт, потому при малом напряжении и большом токе они не могут нормально открыться. А так как в таком режиме даже малое изменение напряжение на затворе может влиять на сопротивление открытого канала, то наводки от питания (у меня обычны трансформатор) как раз и создают небольшие пульсации с частотой сети (а точнее с удвоенной частотой).

Это почти не влияло на работу с аккумуляторами, но видимо блок питания от Минвела оказался чувствительным к подобного рода проблемам, а возможно и сам, своими ВЧ пульсациями, провоцировал нестабильную работу нагрузки.
В общем получил я то, что у блока питания защита отрабатывала раньше, чем должна была и виновата была комбинация нагрузки с "особенностями" и малой устойчивости блока питания.

Для обзора я в итоге потом использовал свою основную, проверенную годами, но мне тогда не пришло в голову поднять ток выше 8-9А.


Поняв что ИБП может больше чем было показано в обзоре и мало того, есть нормальная зависимость тока по основному выходу от того заряжается аккумулятор или нет, я решил довести его "до ума".
Изначально меня сбивало с толку то, что ток нагрузки не зависел от того, заряжается аккумулятор или нет и это было странно. Тем более что ток заряда составлял 4А. что больше половины от выходного тока ИБП.

Вторая причина переделки может быть полезна не только для увеличения тока нагрузки, а и для увеличения срока службы аккумулятора, если он свинцово-кислотный.
Суть в том, что если для современных LiFePO4 ток заряда 4А можно назвать даже маленьким, то для свинцового он очень большой.

Для примера фирменный аккумулятор CSB HRL-1234W-F2-FR 9Ач 12 вольт, по инструкции максимальный длительный ток разряда 66А, кратковременный 130А, при этом по той же инструкции максимальный ток заряда всего 3.4А, и этот ток указан даже на аккумуляторе!
Соответственно 4А для него запредельно много.


В общем решено было бить сразу кучу "зайцев".
1. Уменьшить ток заряда до 1-1.2А
2. Если получится уменьшить ток заряда, то соответственно можно увеличить ток нагрузки по основному выходу на полученную разницу.
3. Уменьшить акустический шум, блок питания во время заряда аккумулятора неприятно пищит.
4. Уменьшить паразитное падение напряжения при питании от аккумулятора.

Для всего этого надо лезть в схему, а базируется она на двух чипах, контроллере синхронного выпрямителя TEA1761 и ОУ AP4310, ток измеряется на шунте сопротивлением 20мОм.


На самом деле за обратную связь как по напряжению, так и по току отвечает TEA1761, в даташите даже показана схема включения, где Rsense и есть токоизмерительный шунт.


Конечно самым простым решением было бы уменьшить номинал токоизмерительного шунта, просто заменив его допустим на 0.1Ома, тогда ток заряда пропорционально снизился бы до 800мА.
Но вся проблема в том, что через этот шунт проходит ток при питании выхода от аккумулятора, а даже в исходном виде разница вход/выход почти 0.4 вольта. при токе 10А эта разница превращается в 4 ватта тепла. Я уже потом заметил, что мои нагрузочные тесты привели к тому, что немного поплавился изолятор под платой.

В режиме заряда разница конечно меньше, 0.15В, но мне она была неинтересна.

Т.е. получается что шунт надо не увеличивать, а уменьшать, но вносить в схему более существенные изменения.


Все бы ничего, но пороговое напряжение вода ОС по току у TEA1761 составляет 50мВ, мало того, после шунта стоит еще и делитель, попутно сглаживающий короткие всплески напряжения, итого получается что при токе 4А с шунта приходит 80мВ, после делителя соответственно требуемые 50мВ и уменьшить этот порог простыми способами нельзя.


Чтобы не отвлекаться на лишние компоненты, на схеме покажу лишь только то, что надо знать для доработки, нумерация компонентов и выводов микросхемы соответствуют реальным.


А это они же, но на плате.


Так как стояла задача усилить сигнал с шунта, то поставил операционный усилитель, изначально резисторы R2 и R3 поставил 20 и 2к, расчетное усиление 11 раз, т.е. ток должен был упасть до 360мА. Но почему-то ток упал значительно больше и R2 был заменен на 10к, соответственно усиление в 6 раз. ОУ - LM358.


Попутно в процессе экспериментов спалил предохранитель и немного подпалил родной шунт. Предохранитель заменил мелким на 20А, при этом выиграл где-то 2мОм общего сопротивления.


Ток заряда получился около 460мА, но при этом довольно сильно плавал.


Параллельно родному шунту 20мОм припаял еще один с таким же сопротивлением, т.е. теперь шунт 10мОм, но ток поднялся всего в полтора раза.
Заметно ситуацию улучшило добавление конденсатора по цепи питания операционного усилителя. электролитический 10мкФ + керамика 0.1мкФ, ток стал около 0.97А.
Электролитический добавляет проблем, так как зазор между платой и шасси не очень большой, даже мелкий конденсатор влазит впритирку.


Так выглядела получившаяся конструкция.


Вроде бы все работает, но как-то не так. Например ток заряда зависел от тока нагрузки, до 1.5-2А он составлял показанные выше 0.96А, а выше - 1.2А и держался стабильно на этом уровне.
Но кроме того, опять вылезла проблема с максимальным током в 9-9.5А, только теперь это происходило уже с проверенной нагрузкой. Налицо странная работа блока питания, при этом все сопровождалось все тем же писком, меняющим тон по мере роста тока нагрузки.


Я некоторое время экспериментировал и уже думал вернуть все назад, когда решил добавить в цепь задания коэффициента усиления конденсатор емкостью 0.1мкФ и убрать резистор который поставил между шунтом и входом ОУ.
Получившаяся схема выглядела уже так.


Кроме того заменил провод, которым подавалось питание к ОУ, на другой, с большим сечением, но больше ради надежности.
Еще ранее добавил керамические конденсаторы параллельно конденсаторам фильтра и усилил одну из дорожек для снижения падения напряжения на ней.
Питание берется от конденсатора над TEA1761. Рядом с ОУ есть возможность взять питание прямо с выхода, но это приводит к нестабильной работе схемы.


Все компоненты спокойно монтируются навесным способом, на фото первый вывод обозначен стрелкой, вывод 4 припаян к залуженной площадке на плате, она была залужена изначально, остальные выводы немного загнуты вверх.
Вывод 5 соединяется с выводом 4, а 6 и 7 соединены, так я отключил неиспользуемый второй ОУ.


В таком виде блок работал почти идеально, был небольшой шум в диапазоне токов 1.5-2А, а также непонятный мне но уже при токе 3.9-6А, проявляющийся только при снижении тока нагрузки до указанного значения.
Последнее можно убрать добавив перемычку между минусом конденсатора питания TEA1761 и конденсатором делителя сигнала с с выхода ОУ.
Впрочем это видно и по фото, но это уже мелочи, шум в диапазоне 3.9-6А пропал и сохранился в диапазоне 1.5-2А. Но в любом случае, этот шум находится на грани слышимости в отличие от того, что изначально он пищал довольно громко.


Ток заряда также стал соответствовать расчетному, 4А / 6 (усиление ОУ) х 2 (уменьшение номинала шунта) = 1.33А
При этом паразитное падение на цепи - предохранитель, контакты реле, шунт, дорожка на плате снизилось более чем в полтора раза и составило всего 227мВ против исходных 390мВ.

Конечно можно сказать, что разница в падении напряжения до и после переделки ничтожна. Да, в масштабах всего блока лишние 1.6Вт при токе 10А это мелочь, около 1%, но разница между 2.27Вт и 3.9Вт, которые рассеиваются и греют плату, очень существенна.


Для проверки прогнал блок в разных режимах, все работает отлично, и теперь даже в самом тяжелом режиме (в моем сценарии применения) когда только начат заряд аккумулятора, выходной ток может достигать 14.4А. а мощность на основном выходе до 170Вт. По мере заряда аккумулятора максимальная снимаемая мощность может быть еще больше.


Итого что имеем.
Блок питания реабилитирован в плане максимального тока нагрузки, проблема была в средствах измерения, а не в подопытном.
Проблема с писком после смены нагрузки немного уменьшилась в некоторых режимах, но осталась в режиме заряда аккумулятора.

После доработки:
1. Уменьшен ток заряда с 4 до 1.3А. можно было бы уменьшить еще меньше, но здесь возникает проблема, напряжение на аккумуляторах поднимается меньше, а так как у меня после БП будет стоять DC-DC с 12 в 5 вольт, то мне выгоднее когда напряжение выше, я даже подумываю сделать отсечку по переразряду выше чем исходные 10 вольт.
2. Почти полностью убран шум, остался еле слышный в узком диапазоне токов нагрузки, в принципе можно убрать и его, но меня устраивает.
3. Уменьшен нагрев шунта так как его сопротивление теперь 10мОм вместо 20.
4. Так как сопротивление шунта меньше, то стало возможным длительно снимать ток 10.5-11А, а кратковременно или при дополнительном охлаждении до 14А, т.е. почти в два раза больше исходного.
5. Уменьшено общее паразитное падение при питании от аккумулятора.
6. Увеличена общая стабильность работы блока питания и устойчивость цепи обратной связи, теперь он менее критичен к нагрузке
7. Добавлены керамические конденсаторы параллельно конденсаторам фильтра, но это уже скорее "косметика".

Замечания к схемотехнике. мне кажется что вся проблема кроется в неудачном выборе чипа синхронного выпрямителя и цепей обратной связи. Там, где не помешала бы временная коррекция цепи ОС, добавить её нельзя, а кроме того пороговое напряжение срабатывания ОС по току слишком велико, что требует применения шунта с относительно высоким сопротивлением. Я даже думаю что ток заряда в 4А выбран именно по этой причине, что отрицательно сказывается на параметрах так как при общей мощности в 160Вт снимать с основного выхода возможно было только 105Вт.

Общая стоимость компонентов для доработки даже при покупке в розницу около 25 центов.

На этом у меня все, надеюсь что кому нибудь это пригодится :)