Zasilacz 60 V 300 W, wariant numer dwa

Jak niedawno pisałem, do jednej z własnoręcznie zbudowanych obciążeń elektronicznych potrzebowałem zrobić mocną ładowarkę. Przetwornicę już pokazałem, teraz przyszła kolej na zasilacz. Zresztą recenzję podobnego zasilacza impulsowego już kiedyś opublikowałem, tym ciekawiej będzie je porównać.

Przypominam, że aby być na bieżąco z nowymi wpisami na blogu, polecam obserwować mój Instagram, gdzie będę publikował powiadomienia o wszystkich nowych wpisach, a może też pisał po prostu o czymś ciekawym — link do konta

Można też subskrybować aktualizacje i nowe artykuły na kanale Telegram — https://t.me/KirichBlog



Jakieś trzy lata temu recenzowałem niemal taki sam zasilacz, ale wtedy przysłał mi go jeden z kolegów. W efekcie z pozoru prosta recenzja przerodziła się w przeróbkę, a właściwie doprowadzenie tego zasilacza do porządku. Ale wybiegam w przyszłość, po kolei.

W sumie to piąty podobny zasilacz, który do mnie trafił. Pierwszy tylko testowałem,drugi testowałem i modyfikowałem, trzeci naprawiałem i modyfikowałem, czwarty tylko modyfikowałem, ale o tym nie pisałem, a teraz mam piąty.

Kiedyś zbudowałem obciążenie elektroniczne z wbudowaną ładowarką, ale wtedy była to wersja o napięciu do 30 V i prądzie do 6 A. Mniej więcej wtedy pomyślałem też, że „trochę mało” i kupiłem przetwornicę napięcia na 20 A oraz zasilacz 300 W zamiast 180 W.
Nie miałem czasu, więc odłożyłem to wszystko na półkę. Teraz zabrałem się za składanie, a to zwykle oznacza, że najpierw trzeba nie tylko sprawdzić podzespoły, ale czasem też doprowadzić je do porządku.

Z przetwornicą już się uporałem, no, prawie, a zasilaczem zająłem się dopiero teraz.
Kiedy zamawiałem, cena była wyraźnie niższa, ale co więcej, wtedy dostępne były też zasilacze 60 V. Teraz jest z nimi jakiś problem: wersje 24, 36 i 48 V są, a 60 V nie mogę znaleźć. Czuję, że będę musiał przejść na Mean Well. To lepsze i mocniejsze rozwiązanie, ale ceny są co najmniej 5 razy wyższe niż w przypadku zwykłych „chińczyków”. Sam nie wiem, czy warto, choć oczywiście jest szansa, że w tej samej obudowie zbuduję tester akumulatorów z wbudowaną ładowarką 600 W.
W ogóle to naprawdę dziwna sytuacja: trudno znaleźć zasilacz impulsowy 60 V, a wśród markowych praktycznie nie sposób — najwyżej 54 V, tyle widzę...



Zasilacz jest bez obudowy, czyli dokładnie taki, jakiego potrzebuję. Zresztą na pewno widzieliście go już nieraz, choć ten egzemplarz ma kilka zauważalnych różnic.


Zbliżenie: montaż jest dość schludny, choć nie obyło się bez wpadek — tu pogięty radiator, tam wgnieciony kondensator, do tego rdzeń transformatora się chwieje. Ot, typowy niedrogi chiński zasilacz impulsowy.


Na wejściu jest filtr sieciowy, termistor i kondensator wejściowy 220 µF 450 V.


Zaciski są takie same jak poprzednio, ale bezpiecznik umieszczono w plastikowej obudowie i ma prąd znamionowy zaledwie 2 A, co w zasilaczu o takiej mocy wygląda co najmniej dziwnie.
Najważniejsza różnica, a przy okazji coś rzadko spotykanego w chińskich zasilaczach: dwa termostaty zamocowane na radiatorach, oba na 85 stopni. Pod nimi jest nawet jakaś pasta. Pierwszy rozłącza zasilanie sieciowe, drugi najpewniej zasilanie sterownika PWM.


Tranzystory wysokonapięciowe są dwa i połączono je równolegle. Na początku zaniepokoiło mnie, że mają boczniki o różnych wartościach, ale potem zrozumiałem, o co chodzi.
Początkowo myślałem, że boczniki są osobne dla każdego tranzystora, ale później okazało się, że nie — tranzystory są połączone równolegle (z wyjątkiem bramek, które odseparowano rezystorami), więc boczniki również są połączone równolegle. Do jednej pary prowadzi jednak dłuższa ścieżka, dlatego boczniki mają mniejszą rezystancję, żeby skompensować jej długość.
Co do wartości: wydaje się trochę za mała. Po pierwsze, 0,17 Ω to dość dziwna wartość, spoza typowego szeregu E24. Po drugie, jeśli przyjąć, że łącznie są tam 4 rezystory połączone równolegle, otrzymujemy w przybliżeniu 0,04–0,045 Ω. W poprzedniej wersji było 0,39 Ω i również 4 sztuki, czyli w przybliżeniu 0,1 Ω, a tutaj jest jeszcze dwa razy mniej, i to w obwodzie pierwotnym. Dziwne — w praktyce to zabezpieczenie przed zwarciem, a nie przed przeciążeniem.




Układ sterowania nie różni się od poprzednich, no, może poza pierwszym, w którym znajdował się na osobnej płytce. W każdym razie, tak jak poprzednio, oznaczenie kontrolera jest starte. Po co? Zagadka...


Ponieważ zasilacz zbudowano w topologii jednotranzystorowej przetwornicy forward, zastosowano dławik magazynujący energię.
Obok znajduje się kondensator Y, który ogranicza zakłócenia — więcej
Na radiatorze jest para diod B20200G.
Na wyjściu są trzy kondensatory 470 µF 63 V. Ten skrajny z lewej jest wyraźnie zdeformowany.


Tak jak poprzednio, nie mam zastrzeżeń do płytki: odstępy są odpowiednie, są szczeliny izolacyjne, a sama płytka jest dość czysta.


A oto pierwszy „kwiatek”. Nie wiadomo dlaczego producent umieścił na wyjściu rezystor 1 kΩ. Najpierw pomyślałem: nie, to niemożliwe, chyba mi się przywidziało. Ale sprawdziłem — naprawdę jest podłączony równolegle do wyjścia.
Żeby było jasne, co tu jest nie tak: rezystor 1 kΩ, napięcie wyjściowe 60 V, prąd 60 mA, a więc moc wydzielana na rezystorze wynosi 3,6 W. Mało tego, że moc jest absurdalnie duża, to jeszcze sam rezystor ma moc znamionową 1 W. Kompletna bzdura. Nawet po krótkim włączeniu zasilacza rezystor nagrzewa się do prawie 200 stopni, a jeśli zostawić go tak na dłużej, może się po prostu sam wylutować.


W efekcie pobór mocy bez obciążenia wynosi około 4,5 W, choć w tym teście taki wynik nawet mnie ucieszył.


Już wyjaśniam, dlaczego moc 4,5 W w przypadku tego zasilacza jest dobrą wiadomością. Jak pisałem, trzy lata temu trafił do mnie taki sam zasilacz — z wyglądu identyczny.


Tamten bez obciążenia „zjadał” około 11 W. W tym przypadku, skoro rezystor wyjściowy pobiera 3,6 W, a łączny pobór wynosi 4,5 W, to jest naprawdę dobrze i można to łatwo naprawić.


Poprzednim razem musiałem wymienić wyjściowy zespół diod na szybszy. Wolny nie zdążał się zamknąć, co powodowało potworne przegrzewanie. Jak się domyślacie, wymiana rezystora jest prostsza i tańsza.


Postanowiłem zamontować rezystor przewlekany, bo nie mam w domu odpowiedniego rezystora SMD. Przy okazji zdecydowałem się od razu wymienić kondensatory.
Najlepiej byłoby zastosować kondensatory o tej samej pojemności, ale na 80 V, a przynajmniej na 100 V. Jest jednak problem: kondensatorów na 80 V praktycznie nie da się znaleźć, a te na 100 V są zwykle znacznie większe. Potrzebowałem kondensatorów o średnicy nie większej niż 13–14 mm.

Najpierw kupiłem trzy sztuki Samwha RD 680 µF 63 V, ale ostatecznie musiałem kupić inne: Panasonic, niskoimpedancyjne 470 µF 63 V. Skoro nie mogę znaleźć czegoś na wyższe napięcie, niech chociaż będą na 63 V, ale dobrej jakości. Jak zwykle kupiłem je w charkowskim Kosmodromie.

Dla porównania — rozmiary kondensatorów. Wyraźnie widać, że Panasonic jest większy od oryginalnych, mimo takiego samego napięcia i pojemności.


Testy wykazały, że po pierwsze, wszystkie trzy oryginalne kondensatory są sprawne; po drugie, Samwha RD wypada gorzej pod względem parametrów, choć być może jest trwalszy; po trzecie, chciałem zrobić to jak najlepiej, a Panasonic sprawdził się tu idealnie.


Rezystor wyjściowy wymieniłem na 3,3 kΩ. W rezultacie pobór mocy spadł z 4,4 W do 1,7 W.


Ale to nie wszystko. Przy okazji wymieniłem jeden z rezystorów dzielnika z 750 Ω na 1,5 kΩ, żeby obniżyć napięcie z 60 do 58 V. Zdecydowałem się na obniżenie napięcia po pierwsze dla zwiększenia niezawodności, a po drugie dlatego, że i tak nie da się uzyskać napięcia wystarczającego do ładowania akumulatora 48 V, więc 60 V po prostu nie ma sensu.
Przy okazji wymieniłem rezystor diody LED: był 20 kΩ, wstawiłem 30 kΩ. Można było użyć rezystora o większej wartości, ale akurat nie miałem go pod ręką. Wylutowane oryginalne rezystory przylutowałem obok, żeby się nie zgubiły — na wypadek, gdybym musiał wszystko przerabiać z powrotem.


W rezultacie pobór mocy bez obciążenia spadł do 1,4 W, a napięcie do 57,8 V. Warto w ogóle wspomnieć o watomierzu. Kiedy mój się spalił, musiałem kupić nowy, ale niestety, choć z wyglądu jest podobny, wyraźnie ustępuje staremu: ma bledszy ekran, wolniej mierzy, a do tego ma dużą rozdzielczość skoku wskazań. Na przykład przeskakuje od razu z 1,4 na 1,7 W, wartości pośrednich nie ma :(


Kilka słów o schemacie układu sprzężenia zwrotnego. Jest podobny do schematu pierwszego zasilacza, który przerabiałem — również na 60 V — ale jest jedna różnica: rezystor zasilający transoptor ma tutaj nie 2,4, lecz 10 kΩ.
W omawianym zasilaczu jeden z rezystorów 750 Ω zastąpiłem rezystorem 1,5 kΩ.


Poprzednim razem wymieniłem rezystory 750 Ω na 1,5 kΩ, co pozwoliło uzyskać wyższe napięcie i wyraźnie ograniczyć jego zmiany pod wpływem temperatury.


Ale to jeszcze nie wszystko. Wcześniej jakoś nie zwróciłem uwagi na to, że TL431 jest podłączony bezpośrednio do transoptora, a przecież jest przystosowany do maksymalnie 35–40 V. Ostatecznie podłączyłem szeregowo z transoptorem diodę Zenera 18 V. Oczywiście lepsza byłaby jakaś 24–27 V, ale miałem akurat taką, a to i tak lepsze niż poprzednie rozwiązanie.
Najlepiej byłoby nieco zmniejszyć wartość rezystora, na przykład do 5,1 kΩ, bo napięcie trochę wzrosło, ale ostatecznie uzyskałem dokładnie to, czego chciałem.


No i oczywiście kilka testów. Na początek pomiar sprawności i test pod obciążeniem.


Testowałem przy prądzie obciążenia od 0,5 do 5,5 A, co 0,5 A.


Ostatecznie uzyskałem sprawność w granicach 85–87%. Jakoś spodziewałem się nieco więcej, przynajmniej około 90%, ale cóż, jest jak jest.
Właściwie od razu założyłem, że przy maksymalnej mocy w układzie ładowania będzie się wydzielać około 60 W strat. I w zasadzie tyle wychodzi: w zasilaczu straci się około 50 W, a w przetwornicy DC-DC jeszcze jakieś 10 W (przy wyjściu 12 V, 20 A), razem 60 W. Właśnie 60 W to moc, którą mogę „wydmuchać” z obudowy bez stosowania żadnych sztuczek.


Nie powiem, żebym długo katował ten zasilacz, ale pracował mniej więcej 10 minut, bez aktywnego chłodzenia i z mocą 100–110% wartości znamionowej.
Moim zdaniem temperatury były całkiem w porządku. Najbardziej nagrzewały się termistor na wejściu i dławik wyjściowy: termistor osiągnął około 150 stopni, a dławik mniej więcej 100. Swoją drogą, kamera termowizyjna zaczęła wariować i w jednym punkcie pokazywała jednocześnie -40 i +140. Może po prostu zapomniałem zmienić zakres po ponownej instalacji oprogramowania, po nieudanej automatycznej aktualizacji (właśnie dlatego lubię autonomiczne kamery termowizyjne).


Z tranzystorami i diodami, o dziwo, wszystko było świetnie. Nawet w takim trybie temperatura wynosiła około 85 stopni. Wyraźnie nagrzewały się chyba tylko rezystory snubbera, ale taka już ich rola — mają się grzać.


I oczywiście sprawdźmy tętnienia. Sonda oscyloskopu była podłączona przez równoległy filtr C+C.


Na początek tętnienia wysokiej częstotliwości: bez obciążenia oraz przy 1,75, 3,5 i 5,25 A. Pierwszy zrzut ekranu zrobiłem przypadkiem przy ustawieniu 2 V na działkę, ale tak naprawdę nie ma to znaczenia — wyjaśnię później. A tak poza tym, około 150 mV tętnień przy maksymalnej mocy i napięciu wyjściowym 60 V to naprawdę świetny wynik. No, po prostu rewelacja, jestem zadowolony. Niewielkie tętnienia to przede wszystkim zasługa samej topologii. Gdyby to była przetwornica flyback, tętnienia byłyby znacznie większe i na pewno nie odważyłbym się zastosować kondensatorów na 63 V. Zresztą właśnie dlatego Mean Well przy napięciu wyjściowym 12–13 V stosuje kondensatory na 16 V. Ta topologia pozwala też zmniejszyć pojemność kondensatorów wyjściowych, ale ceną jest dodatkowy, mocny dławik.


Tętnienia niskiej częstotliwości. I tu stało się jasne, że zasilacz bez obciążenia pracuje w trybie start-stop. W rzeczywistości nie jest to zbyt dobre, ale to „zasługa” tak zwanych „zielonych” :(
W pozostałych trybach tętnienia sięgają 350 mV, przy czym rosną właśnie przy maksymalnej mocy; w pozostałych trybach są wyraźnie mniejsze. Warto byłoby zwiększyć pojemność kondensatora wejściowego, ale ponieważ to tylko ładowarka, nie będzie pracować w takim trybie całymi dniami, więc nie jest to krytyczne. Poza tym za nią będzie przetwornica DC-DC.



A skoro mowa o wzroście tętnień niskiej częstotliwości: po lewej amplituda przy 4,3 A, po prawej przy 4,7 A. Widać, że zaczynają rosnąć przy prądzie około 4,5–4,7 A, czyli bliskim maksymalnemu.


Może ktoś powie, że zasilacz bez obciążenia pracuje w trybie start-stop dlatego, że zwiększyłem rezystancję rezystora wyjściowego.
Nie, rezystor nie ma tu nic do rzeczy. Po lewej zrzut ekranu przy prądzie obciążenia 350 mA, po prawej przy 370 mA. Czyli żeby zasilacz przeszedł do normalnego trybu pracy, obciążenie musi przekraczać 370 mA. Jest przy tym histereza: tryb „zielony” wyłącza się przy 370 mA, a włącza po spadku do 340 mA.
370 mA przy 58 V to około 20–25 W, a takiej mocy nie da się odprowadzić na rezystorze balastowym, więc trzeba będzie to jakoś znosić :(


Lista wprowadzonych zmian:
1. Bezpiecznik T2A wymieniono na T3.15A. Moim zdaniem 2 A to zdecydowanie za mało.
2. Szeregowo z transoptorem dodano diodę Zenera 18 V
3. Obniżono napięcie wyjściowe z 60 do 58 V
4. Wyjściowy rezystor balastowy 1 kΩ wymieniono na 3,3 kΩ
5. Wymieniono kondensatory wyjściowe. Pojemność i napięcie pozostały takie same, ale teraz są to kondensatory Panasonic

A oto zestaw do przyszłej ładowarki do testera akumulatorów: zasilacz 300 W i przetwornica obniżająca-podwyższająca do 20 A.



Wnioski.
Jak to zwykle bywa z chińskimi urządzeniami, nie obyło się bez całej masy niedoróbek. Niby drobnych, ale jednak. Wszystkie opisałem w recenzji, więc nie będę się powtarzać.
Znalazło się jednak także coś dobrego. Po pierwsze, ten zasilacz jest wyraźnie lepszy od poprzednich: wyjściowe zespoły diodowe są teraz szybsze i nie grzeją się bez obciążenia, dodano też termostaty chroniące przed przegrzaniem. Ogólnie zasilacz działa całkiem nieźle. Szczególnie cieszy niski poziom tętnień wysokiej częstotliwości. To prawda, że osiągnąłem go po wymianie kondensatorów, ale oryginalne też miały niezły ESR. Pozostaje kwestia niezawodności.

Ogólnie rzecz biorąc, zasilacz jest całkiem niezły. Nie wiem, jak jest u innych sprzedawców, ale trudno to ocenić, bo widzę już co najmniej trzy wersje tego zasilacza. Poza tym problem z diodami wyjściowymi dotyczył tylko wersji 60 V, a w sprzedaży widzę maksymalnie wersję 48 V. Trudno też ustalić, jaki zasilacz sprzedawca faktycznie ma na stanie, bo nawet na zdjęciach w tym sklepie pokazano starszą wersję, bez termostatów.


Na dziś to już wszystko. Mam nadzieję, że recenzja była przydatna. Jak zwykle komentarze i linki są mile widziane.
I jeszcze raz: link prowadzi do sklepu, w którym kupowałem, ale cena jest teraz po prostu kosmiczna. Żałuję, że nie kupiłem przynajmniej pięciu takich zasilaczy. Mean Well są oczywiście świetne, ale drogie :(