Блок питания был прислан мне постоянным читателем Владимиром, за что ему большое спасибо, но прислан он не просто так, а "по поводу" и поводом является мысль добавить его в одну из электронных нагрузок для тестирования аккумуляторов.
Вообще я ранее сталкивался с ИБП фирмы Минвелл, но старой серии и могу сказать что мне они в общем-то очень понравились и прежде всего понравились надежностью, хотя мощность у них была не такая и высокая (55 и 155Вт). Кроме того я сам делал разные подобные ИБП, а также выкладывал вариант переделки в ИБП обычного блока питания на 12-15 вольт.
Фактически принцип работы всех перечисленных вариантов полностью идентичен, немного лишь отличается реализация, а также сервисные функции, например индикация разряда аккумулятора и пропадания сети.
Как и другие блоки Минвел, этот тоже был в картонном коробочке с небольшим окошком, чтобы было видно что за модель внутри.
Данная модель имеет два варианта исполнения, в кожухе и в виде платы с радиатором. Заявлена защита от перегрева, перенапряжения и перегрузки, а также от переразряда аккумулятора.
Точно также как у предыдущих моделей, есть две версии, на 13.8 и 27.6 вольт, т.е. соответственно под 12 и 24 вольта свинцово-кислотную батарею. Правда раньше была еще версия AD-155C, 155Вт 53.5В, в серии PSC модели с таким напряжением нет.
А вот и "красавец", по крайней мере выглядит аккуратно.
Блок питания смонтирован на L-образном алюминиевом шасси закрытом кожухом.
Под мою задачу лучше подходила версия на 12 вольт, в основном из-а того, что можно сделать более компактную батарею, да и найти плату защиту 4S проще чем 8S, а собирать две вместе мне не хотелось. собственно потому обзор будет варианта на 12 вольт.
Заявлено что блок питания может выдать на основной выход 13.8В 7.6А и на выход заряда аккумулятора 4А. Вообще мне такая мощность мала, так как устройство в пике требует около 160-180Вт, а вот ток заряда аккумулятора мне наоборот, слишком большой. Я бы скорее предпочел конфигурацию 10.6/1А, чем 7.6/4А.
Если сравнивать с обычными блоками питания, то он может показаться довольно большим, но предыдущая версия была еще больше, 200х110х50мм против 152х76х37мм у обозреваемого, при этом старая имела мощность 155Вт. у этого заявлено 160Вт.
Но к примеру у AD-155A для меня был более удобный баланс выходных токов, по выходу до 11.5А, на заряд 0.5А.
Больше информации о размерах можно получить из чертежа.
С одной стороны находится разъем для подключения к сети, со второй выходные разъемы, силовые для нагрузки и аккумулятора и слаботочные для выходов реле. Также около выходных разъемов есть подстроечный резистор для установки выходного напряжения.
В отличие от многих китайских блоков для самоделок, здесь вход и выходы подключаются не клемниками, что может быть не совсем удобно.
Тип примененных разъемов и назначение контактов можно видеть из таблички.
Так как снаружи нет ничего интересного, то снимаю кожух и скажу что винты, которыми он крепился, затянули что называется - от души. Кроме того, кожух был приклеен силиконовым герметиком к силовому трансформатору.
На входе имеется почти полноценный входной фильтр, пожалуй не хватает только варистора. Диодный мост имеет радиатор, на который приклеен изолятор, попутно не дающий продавить кожух.
1. Транзисторы и диод корректора прижаты к шасси. Вообще компоновка силового узла очень плотная.
2. Так как блок питания имеет корректор коэффициента мощности, то соответственно кроме трансформатора на плате имеется и дроссель.
3, 4. При этом дроссель и трансформатор судя по всему намотаны литцендратом в отличие от дешевых блоков питания.
Выходные транзисторы установлены на отдельный радиатор, также здесь находятся три реле и предохранитель.
1. Транзисторы синхронного выпрямителя IRFB3607.
2. На выходе стоит четыре конденсатора 1000мкФ 25В, также имеется дроссель для снижения уровня пульсаций.
3. Подстроечный резистор для коррекции выходного напряжения.
4. С самого начала мне не очень понравилось то, как установлен предохранитель, а потом оказалось, что у него еще и немного нарушена изоляция, потому вполне есть шанс продавить кожух так, что будет КЗ.
Также странно, что производитель применил три разных реле, верхнее отвечает за сигнал разряда батареи, среднее за наличие сети, ну а нижнее подключает/отключает батарею.
Еще на этапе осмотра я обратил внимание на криво установленный изолятор на одном из транзисторов, после снятия прижимной планки он стал на место. Мелочь, но выглядит как-то не очень хорошо. Прижимная планка имеет дополнительный изолятор со стороны, обратной силовым компонентам, и хоть он и приклеен, лучше следить чтобы его не потерять.
Как оказалось, вынуть плату не так просто, снизу приклеена проставка, потому плату надо поднимать вверх, а не сдвигать, что на первый взгляд было удобнее. Причем в процессе "фотосессии" эта проставка постоянно липла к столу, что добавляло неудобств.
После разборки рассмотреть компоненты стало немного проще, диод и транзистор корректора BYV29X и 20N60S1 соответственно, транзистор инвертора - 65E6280.
Y-конденсатор 2.2нФ, все электролитические конденсаторы кроме входного производства Rubycon.
Монтаж как обычно двухсторонний, причем большая часть компонентов находится именно снизу.
"Горячая" часть, увы, схему не перечерчивал, может еще сделаю это, но чертить схемы такой сложности занимает довольно много времени, а его как всегда не хватает.
Здесь стоит два контроллера, NCP1608 и NCP1380, первый отвечает за работу активного корректора, второй за инвертор.
И не в первый раз встречаю, что ШИМ контроллеры и силовые транзисторы находятся на довольно большом удалении друг от друга, лично мне всегда казалось, что чем они ближе друг к другу, тем лучше.
В выходной части компонентов не сильно меньше, это обусловлено тем, что здесь находится не только обратная связь по напряжению, а и по току, ну и кроме того цепи защиты от перенапряжения, переразряда аккумулятора и т.д.
За большую часть функций отвечает два чипа, TEA1761, контроллер синхронного выпрямителя и обратной связи по току и напряжению, а также AP4310, сдвоенный операционный усилитель совмещенный с источником опорного напряжения, он занимается управлением реле.
Также здесь стоит шунт 20мОм, который стоит в цепи аккумулятора.
В даташите есть блок-схема, на которой отражены ключевые функциональные узлы, но собственно здесь нет ничего нового, в первичной части обычный блок питания с активным корректором и дополнительной цепью защиты от превышения напряжения на выходе, сигнал которой через оптопару поступает от узла контроля в выходной части.
Отдельный узел контроля наличия сетевого напряжения просто питается от дополнительной обмотки, но в своих ИБП я его реализовывал еще проще, от той же обмотки что питала выход, стоял дополнительный диод и конденсатор малой емкости, соответственно при остановке инвертора пропадало питание и на выходе этого выпрямителя.
Я как-то делал плату адаптера, превращающего обычный 12-15 вольт блок питания в ИБП, причем добавлялась не только функция питания от аккумулятора, а и заряд с режимом СС/CV, защита от переразряда и переполюсовки аккумулятора.
Схема простейшая и конечно в плане потерь она немного проигрывает фирменным решениям, но это окупается простотой схемы.
Да и сама плата выходила компактная, подключение всего несколько проводов, единственно для более мощных систем надо просто поставить более мощное реле и возможно диод.
А вот теперь можно перейти к тестам.
Для начала я просто подключил блок питания к сети кабелем с соответствующим разъемом, у меня такие оставались раньше как раз после переделки мониторов домофонов для работы с низковольтными ИБП.
1, 2. Как и предполагалось, напряжение на клеммах нагрузки и аккумулятора одинаковое, а точнее сказать будет так - напряжение на основном выходе напрямую зависит от напряжения на аккумуляторе так как они между собой связаны, а сам блок питания имеет общую цепь обратной связи. Соответственно в зависимости от режима работы напряжение на выходе плавает от 10 до 13.8 вольта.
3, 4. Подстроечным резистором можно изменить напряжение в довольно широких пределах и это есть большой минус, так как в реальной жизни такой диапазон не нужен и только усложняет регулировку.
5. Путем очень плавного вращения я выставил на выходе 13.5 вольта. Мне такое напряжение было нужно так как я планирую подключать батарею из LiFePO4 ячеек, а для них напряжение буферного режима 3.35-3.40 вольта или 13.4-13.6 на сборку, 13.5 я взял как среднее.
6. Потребление блока без аккумулятора и нагрузки около 2.3-2.4Вт.
Здесь есть небольшое различие с той схемой, которую использовал я, в моем варианте если подключить блок к сети но не подключать батарею, то напряжения на этих клеммах не будет, т.е. сам аккумулятор при правильном подключении инициирует включение реле, в обозреваемом напряжение появляется почти сразу, реле срабатывает и без аккумулятора, что подходит для аккумуляторных сборок с платой защиты.
Вместе с блоком питания человек мне прислал и необходимые разъемы для подключения, но так как не была известна необходимая мне длина проводов, то я решил пока их не использовать и просто припаял провода к плате. При этом к выходу были подпаяны две пары проводов, для нагрузки и измерения напряжения.
А вот по нагрузочной характеристике блок немного удивил, я ожидал что если батарея не подключена, то защита сработает по сумме токов нагрузки и заряда (7.6+4А), реально же блок уходил в защиту при токе 8.9-9А
Соответственно КПД был проверен до тока в 9А, шаг по горизонтали равен 0.5А. В описании КПД был декларирован на уровне 88%, реально примерно так и вышло, думаю было бы и больше так как с ростом нагрузки растет и КПД (до определенного предела), а нагрузить так чтобы измерить, я мог только основной выход.
При этом с подключенным и заряженным аккумулятором легко выдал и 10А.
Если отключить сетевое питание, то при работе от аккумулятора также легко выдает 10А, впрочем я думаю что здесь ток ограничен только током предохранителя, т.е. электронной защиты нет, хотя возможно стоит попробовать и при больших токах.
Вообще крайне неудобное решение, поставить обычный предохранитель, да еще и запаять его в плату, так как в случае выхода его из строя замена будет довольно сложной.
На просадку напряжения не обращайте внимание, батарея была подключена через длинные провода + провода мультиметра.
Я не стал тестировать выход заряда при помощи нагрузки с режимом CV, ограничившись тестом, где видно что при токе 4-4.1А блок меняет режим работы.
Амперметр показал что ток заряда почти ровно 4А, хотя по мере нагрева немного растет, ток потребления от батареи без сети и подключенной нагрузки составляет 35мА.
Во время заряда батареи и токе нагрузки 9А даже нагрузка показала такую картину, при этом постоянно щелкало реле отключающее аккумулятор.
Чтобы такого эффекта не было, надо снизить ток нагрузки хотя бы до 8А, хотя здесь тоже выяснились некоторые нюансы.
Для проведения термопрогона было решено полностью разрядить аккумулятор и посмотреть температурные режимы во время всего полного цикла, т.е. полный заряд аккумулятора с нуля и переход в CV режим работы, соответственно попутно проверил напряжение отключения по разряду аккумулятора.
Реле защиты отключает батарею при напряжении 10 вольт и не подключает обратно пока не появится сеть, по крайней мере в то время пока я ждал этого. Примерно при 10.5-10.6 вольта срабатывает реле "аккумулятор разряжен", но так как я использую LiFePO4 аккумуляторы, то между срабатыванием этого реле и отключением проходит очень короткое время, при токе 8А оно составляло около 20-30 секунд, специально не засекал.
Да, применение LiFePO4 накладывает некоторые особенности применения так как они имеют другую кривую разряда, я об этом несколько раз рассказывал.
Собрал "стенд", запустил тест.
1. Ток нагрузки согласно даташиту 7.6А, ток заряда аккумулятора 4А. Мощность от сети поначалу была около 180Вт.
2. Через совсем короткое время потребляемая мощность стала падать, хотя по логике должна была расти. Причина оказалась проста, при таком токе заряда напряжение на батарее быстро поднялось до установленных 13.5В и ток заряда начал падать. Пришлось установить пороговое напряжение в 14 вольт.
3. Постепенно мощность от сети росла, что нормально так как ток нагрузки не меняется, а напряжение по мере заряда растет, соответственно растет оно и на выходе, где также ток стабилизирован. Максимум был около 188-190Вт.
4, 5. Чуть больше чем через полтора часа аккумулятор полностью зарядился, напряжение на выходе поднялось до установленного, а мощность от сети упала до 123Вт. После этого я погонял блок еще примерно 20 минут для понимания как он будет себя вести когда аккумулятор уже заряжен.
6. При отключении нагрузки потребление составило 3-3.2Вт, фактически шел дозаряд небольшим током, что говорит о окончании процесса заряда.
Так как тест растянулся на два часа, а контрольные измерения я делал каждые 20 минут, то получилось 6 результатов.
По термограмме видно, что самую большую температуру имеет трансформатор, более 100 градусов. Но на самом деле рядом с ним грелся еще и диод, примерно до сопоставимой температуры, из-за чего тепловизор переключал фокус максимальной температуры то на него, то на трансформатор.
Ко времени 1 час 20 минут от начала теста температура начала потихоньку падать, сказывается то что по мере заряда падала общая потребляемая мощность, к концу температуры стали более терпимые.
Любопытно что судя по графику в даташите, у блока в кожухе температурные ограничения чуть более жесткие, чем в открытом исполнении, хотя как по мне, то шасси должно более эффективно отводить тепло.
Кстати, ниже показано подключение нагрузки и батареи, видно что производитель рекомендует одноименные контакты разъемов подключать параллельно для снижения тока через каждый контакт.
Температура разных ключевых компонентов. Выходная мощность рассчитана ориентировочно исходя из потребляемой с учетом КПД в 88%.
Осциллограммы для режимов - без нагрузки, 4А, 8А и 8А+заряд батареи.
Несмотря на наличие дросселя выход довольно "грязный", производитель декларировал 150мВ р-р, у меня получилось около 200 при токе 8А и 250-270 при одновременном заряде батареи, причем как видно по осциллограммам, я считал только основную часть пульсаций, без коротких "иголок". Возможно конечно и взаимное влияние нагрузки, БП и осциллографа, но эксперименты показали что если оно и есть, то не сильно большое.
Но на самом деле картина была еще хуже, попробую пояснить.
Как я писал, блок питания оказался очень "музыкальным", он иногда пищал, зудел и издавал странные звуки. Причем было и такое что к примеру идет заряд аккумулятора, ток 7.2А, все нормально, прикасаюсь щупом осциллографа к выходу (как положено, сначала земля, потом сигнал), внезапно начинает свистеть, убираю щуп, свистит дальше, но в течение несколько минут свист немного меняет тональность и постепенно стихает.
Соответственно были получены и "альтернативные" осциллограммы, снятые при таком странном поведении. Как вы понимаете, поведение было непредсказуемым, соответственно снимал как мог. Обратите внимание, первая осциллограмма снята при 100мВ/дел, остальные при 200мВ/дел.
1. Начало заряда аккумулятора без нагрузки по выходу.
2. Начало заряда + нагрузка током 7.6А, появился свист
3. То же самое, но ток нагрузки снизил до 5А.
4. Заряд + ток нагрузки 8А при низкой частоте развертки.
И так итоги.
Если честно говоря, я как-то расстроен, после тестов у меня осталось ощущение что продукт сырой, хотя при осмотре изначально были только положительные впечатления, но попробую по порядку.
Для начала хорошее. Блок имеет приличный КПД, хорошее качество изготовления, не менее качественную элементную базу, наличие целого комплекса защит, сигнальные выходы наличия сети и разряда батареи + защита от переразряда.
А теперь плохое (на мой взгляд). Очень странное поведение, периодические свисты, писки и т.п. Кроме того, довольно большой нагрев, большой ток заряда и неудобный баланс его с током выхода, большие пульсации, защита от переполюсовки в виде запаянного предохранителя на 15А (наличие электронной защиты еще проверю), грубая регулировка выходного напряжения и соответственно напряжения окончания заряда.
По поводу большого тока заряда скажу отдельно. С появлением литиевых аккумуляторов, для которых ток 4А при емкости батареи в 4-8Ач, многие уже наверное отвыкли что для свинцово-кислотных такой режим отнюдь не нормальный. Например я недавно тестировал фирменную батарею 9Ач, так у неё максимальный ток заряда 3.4Ач, у дешевых он вообще часто порядка 2-2.5А, потому ток заряда в 4А её банально будет убивать.
При этом у старой модели ток заряда был 0.5А, что по своему даже мало, на мой взгляд оптимально это около 1А, а в идеале иметь возможность его регулировки, пусть даже ступенчатой.
У меня в планах было снизить ток заряда до указанного выше уровня, а высвободившуюся мощность снимать с основного выхода, но оказалось все не так просто, потому как я могу снизить ток заряда, но судя по нагрузочной характеристике это никак не повлияет на основной выход... Пока думаю.
И конечно привычный вопрос - а какое время переключения на батарею?
Отвечаю - у ИБП такого типа нет понятия "время переключения", фактически батарея постоянно подключена к выходу, а зарядное балансирует режимом работы инвертора так, чтобы и заряжать батарею и обеспечить необходимый ток по выходу. Собственно потому выходное напряжения напрямую зависит от напряжения на батарее.
На сегодня у меня все, если получится этот ИБП доработать, то возможно обзор будет дополнен или это будет описано отдельно.
Надеюсь что было полезно и еще раз спасибо Владимиру за то, что дает возможность поковырять интересные устройства.