Mean Well LRS-200-12 — przegląd i modyfikacje

Ten przegląd, a może artykuł — jak kto woli — jest kontynuacją opisu modyfikacji zasilacza, której celem jest uzyskanie niskonapięciowego zasilacza UPS. Ostatnio pisałem o zasilaczu 150 W i narzekałem, że LRS-150 nie bardzo się do tego nadaje. No cóż, zobaczmy, jak sprawuje się jego większy brat.

Przypominam: żeby być na bieżąco z nowymi tematami na blogu, polecam obserwować mnie na Instagramie. Będę tam publikować powiadomienia o nowych wpisach, a może też pisać po prostu o czymś ciekawym — link do konta

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

Podobnie jak LRS-150, ten zasilacz nie ma wentylatora. Między innymi dlatego chciałem przerobić właśnie ten model, ale sprawa okazała się znacznie ciekawsza.


W tej serii jest aż osiem modeli o różnych napięciach. Większość ma standardowe napięcia: 3.3, 5, 12, 15, 24, 36 i 48 V, ale jest też nietypowy model 4.2 V. Uczciwie trzeba przyznać, że zasilacz 15 V również nie do końca pasuje do standardowego szeregu 12-24-36-48, ale mimo to spotyka się go dość często. Model 4.2 V, choć najwyraźniej odpowiada napięciu pojedynczego ogniwa litowego, trafia się znacznie rzadziej.
Dane z oryginalnej karty katalogowej.


Na jednym z krótszych boków znajduje się listwa zaciskowa — wejście zasilania i wyjście. Zaciski wyjściowe są potrójne dla każdego bieguna. Obok jest potencjometr montażowy i dioda sygnalizująca pracę zasilacza. Wszystko jak zwykle.
Grubość jest taka sama jak w LRS-150. Na jednym z boków znajduje się przełącznik napięcia wejściowego, ale tutaj zrobiono dla niego otwór; w wersji 150 W był schowany pod osłoną.


Wymiary zasilacza.


Zobaczmy, co jest w środku. Najpierw zdejmijmy perforowaną obudowę.


Na tym etapie powiedziałem: „Przecież to LRS-350!”. I rzeczywiście, z zewnątrz wygląda dokładnie jak LRS-350, który opisywałem jakiś czas temu — dosłownie jeden do jednego.


1. Filtr wejściowy jest, szczerze mówiąc, dość mizerny. W LRS-150 wyglądał o wiele solidniej.
2. Filtr wejściowy zbudowano również na dwóch kondensatorach, a równolegle do każdego z nich podłączono warystor. Są one większe niż w LRS-150, ale tam był jeszcze warystor na wejściu — tutaj go nie ma.
3. Para termistorów i para warystorów.
4. Tranzystory są dociśnięte do obudowy, która pełni jednocześnie funkcję radiatora. Rezystory bocznika pomiarowego prądu mają po 0.39 Ω, czyli łącznie około 0.2 Ω. O ile pamiętam, w wersji 350 W były dwa rezystory po 0.22 Ω.


1. W odróżnieniu od LRS-150 ten zasilacz, podobnie jak wersja 350 W, ma topologię forward. Świadczy o tym duży dławik magazynujący energię obok transformatora. Są trzy zespoły diod wyjściowych.
2. Obok zespołów diodowych widać szyny przewodzące, które dublują ścieżki na płytce.
3. Kondensatory wyjściowe są takie same jak w wersji 150 W, ale tutaj są trzy. Nie ma się czemu dziwić — wynika to z topologii zasilacza. W zasilaczach o topologii forward pojemność kondensatorów wyjściowych może być znacznie mniejsza.
4. A oto wyjaśnienie: na płytce widnieje oznaczenie LRS-350, czyli mamy do czynienia z unifikacją. Mimo to na płytce podano wartość znamionową bezpiecznika, uwzględniając również wersję 200 W.

W uproszczeniu jest to ten sam LRS-350, ale bez wentylatora i układu jego sterowania, a także ze zmienionymi wartościami niektórych elementów.


Kolejna różnica między topologią forward jednoprzewodową a flyback polega na tym, że transformator jest mniejszy. Dla porównania transformatory w wersjach 200 W i 150 W mają mniej więcej takie same wymiary. Wynika to z tego, że zasilacze o topologii forward nie mają szczeliny w rdzeniu magnetycznym, dlatego przy pozostałych parametrach bez zmian mają większą moc..


Początkowo napięcie wyjściowe było nieco zawyżone. Pełny zakres regulacji wynosi 9,7–14,1 V. Regulacja wydawała się płynniejsza niż w LRS-150, choć zakres jest mniej więcej taki sam. Być może po prostu tak się trafiło.


Stabilizacja w zakresie obciążenia 0–20 A (0–115%) jest znakomita.


Zdolność przeciążeniowa wynosi około 120%. Przeprowadziłem dwa testy, różnica mieściła się w granicach błędu pomiaru.


Następnie przeprowadziłem standardowy test z wygrzewaniem i kontrolą zmian napięcia pod wpływem temperatury. Nie trzymałem się ściśle określonych odstępów czasu, ale test obejmował długotrwałe obciążenie prądem 20 A i trwał łącznie około 1 godziny i 40 minut.
1. Bez obciążenia, zasilacz jest tylko lekko rozgrzany.
2. Po teście najpierw prądem 6 A, a następnie 12 A, łącznie około 50 minut.
3. Po teście prądem 17 A, a potem 20 A, przez pozostały czas.
4. Gorący zasilacz zaraz po odłączeniu obciążenia
5. 10 minut po wyłączeniu obciążenia, zasilacz nadal był podłączony do zasilania.
6. Po kolejnych 40 minutach w stanie wyłączonym.

Mogę powiedzieć, że w przeciwieństwie do idealnej stabilizacji napięcia względem obciążenia, tutaj napięcie rośnie wraz z temperaturą. Nieznacznie, o około 20 mV, i zupełnie nie jest to krytyczne, ale jednak.


Przy okazji, w karcie katalogowej wykresy dla zasilaczy o napięciu 3,3–5 V są podane osobno. Wynika to odpowiednio z niższej sprawności i gorszych warunków termicznych.


Temperatury przy prądzie obciążenia 12, 17 i 20 A


Poszczególne elementy przy prądzie obciążenia 20 A
1. Dławik wyjściowy wyraźnie się nagrzewa.
2. Z transformatorem wszystko w porządku, jest zapas na wzrost temperatury otoczenia.
3. Tranzystory przetwornicy, powiedziałbym, nawet specjalnie się nie nagrzały, w przeciwieństwie do rezystorów zabezpieczenia przeciążeniowego.
Dość mocno nagrzewają się też termistory, do około 110–115°C.


Celowo nie wyjmowałem płytki z obudowy przed testem termicznym, ale teraz można już to zrobić.
Od razu zaznaczę, że na zespołach diodowych i tranzystorach jest pasta termoprzewodząca, zarówno na zewnątrz kapturka/izolatora, jak i wewnątrz.


Płytka jest taka sama jak w modelu 350 W, o czym już pisałem.


Strona gorąca — tutaj wszystko jest takie samo.


W części wyjściowej zmiany mogą dotyczyć jedynie tego, że zasilacz 350 W był na 48 V, a ten jest na 12 V, więc skorygowano wartości niektórych elementów.


Moim zdaniem część wyjściowa jest nieco wygodniejsza do przeróbki niż w modelu 150 W.


Wejściowy mostek prostowniczy, tranzystory, zespoły diodowe.
Kondensatory wejściowe mają tutaj po 330 µF, a w modelu 350 W miały po 560 µF, co jest całkiem logiczne. Ponieważ ich średnica jest taka sama, w tym zasilaczu zostało jeszcze wolne miejsce.


Z oczywistych powodów nie przerysowywałem schematu — nie widzę w tym sensu, w większości powtarza on schemat wersji 350 W.


Teraz przechodzimy do modyfikacji. Tym razem nieco zmieniłem schemat i zaprojektowałem płytkę drukowaną. Przygotowałem dwie wersje: jedna jest przystosowana do montażu bezpiecznika w standardowej oprawce, ale uprzedzając fakty, powiem, że lepiej zastosować małe bezpieczniki w obudowie SMD — mają znacznie mniejszą rezystancję. Pokazywałem to już na przykładzie zasilacza impulsowego Mean Well.


Ponadto, ponieważ prąd wyjściowy jest tutaj większy, zastosowałem inne przekaźniki. Założyłem, że zasilacz będzie mniej więcej półtora raza mocniejszy od poprzedniego, czyli przewidujemy 12 A prądu wyjściowego i 3 A prądu ładowania, razem 15 A. Przy napięciu 13,8 V daje to 207 W.
Przypomnę, że zasilacz ma wydajność 17 A, ale ponieważ podnosimy napięcie, trzeba proporcjonalnie zmniejszyć prąd wyjściowy. W ten sposób otrzymujemy limit 15 A, który dzielimy między prąd wyjściowy i prąd ładowania. Można więc ustawić na przykład 10 A na wyjściu i 5 A do ładowania albo 1 A do ładowania — wtedy prąd wyjściowy wyniesie 14 A.

Problemem okazały się przekaźniki. Te, które mam w domu, są przystosowane maksymalnie do 10 A, więc musiałem poszukać najmocniejszych dostępnych w takim rozmiarze. Znalazłem HLS8L-DC12V-S-A i kosztuje niewiele, około 50-60 centów.

Dla tego przekaźnika podano prąd 15 A. Pod linkiem powyżej nie ma karty katalogowej, ale jest ona w opisie przekaźnika HLS8L-DC12V-S-C, który różni się konfiguracją styków.
Z karty katalogowej wynika, że ten przekaźnik ma jedną grupę styków zwiernych i może długotrwale przewodzić prąd do 12 A, podczas gdy inne wersje są przystosowane tylko do 10 A. Prąd chwilowy jest taki sam: 15 A.
Na obudowie przekaźnika maksymalny prąd wynosi jednak 10 A, co jest dość dziwne. Czyli karta katalogowa jest sprzeczna z rzeczywistością, czy może odwrotnie? Moim zdaniem pierwszeństwo ma karta katalogowa.

W każdym razie nie udało mi się znaleźć innych przekaźników na taki prąd i w takim formacie. Był jakiś nieco wyższy, ale wtedy nie zmieściłby się dobrze w obudowie — pamiętam to jeszcze z przeróbki wersji 150 W. Pozostałe przekaźniki miały zupełnie inny format.


Wprowadziłem do układu kilka drobnych zmian. Ważne, żeby zamontować diodę Zenera VD8 na 12-15 V, ponieważ przepięcia mogą uszkodzić TL431. W ogóle ten fragment układu niezbyt mi się podoba, myślę, że w przyszłości go zmienię.
Nie montowałem elementów obwodu automatycznego uruchamiania (zaznaczonego na zielono).


Po złożeniu powstały dwie niewielkie płytki. Prawie wszystkie elementy są przylutowane od strony ścieżek, na górze są tylko przekaźnik, kondensator i dwie TL431. Możliwe, że „TL-ki” też przeniosę na drugą stronę.


Płytki w Sprint-Layout. Druga płytka wyraźnie się poszerzyła przez bezpiecznik, ale jak pisałem, ostatecznie zamontowałem mały bezpiecznik SMD 1206.


Tutaj z miejscem jest zdecydowanie lepiej. Na górze musiałem przenieść tylko jeden kondensator, a na płytce adaptera jedną z diod TL431 na drugą stronę, bo przeszkadzała kondensatorowi między masą a wspólnym przewodem zasilacza.


Przypomnę, że wszystkie opisane czynności — montaż płytki, przecinanie ścieżek i tak dalej — wykonuję wyłącznie po to, żeby uzyskać kompletne, funkcjonalne urządzenie. Jeśli wydaje się to skomplikowane albo niepotrzebne, znacznie prościej jest podłączyć płytkę bezpośrednio do wyjścia zasilacza. Wtedy do zasilacza trzeba dodatkowo podłączyć tylko jeden przewód — obwód sprzężenia zwrotnego prądowego. Nie trzeba niczego przecinać ani przerabiać.
Mnie jednak takie rozwiązanie wydaje się niewygodne i nieestetyczne.


Aby zamocować płytkę adaptera, wiercimy otwór 2,3 mm i nacinamy gwint M3. Jeśli zrobicie to tak jak ja, otwór trzeba wywiercić dokładnie w określonym miejscu, żeby wszystko się zmieściło.


Trzeba też podłączyć przewody zasilające. Na czerwono zaznaczyłem miejsca, w których trzeba wywiercić otwory, a na zielono — miejsca, w których można albo wykorzystać otwór, albo przylutować przewód do szyny zasilającej. Ostatecznie wybrałem drugą opcję.


Od spodu oczyszczamy styki z powłoki ochronnej, a następnie je cynujemy.


W jednym miejscu popełniłem błąd — i to dwa razy.
Musiałem odizolować dodatni styk listwy zaciskowej od reszty układu, ale nie zauważyłem, że jest z nim połączony rezystor. W efekcie musiałem później połączyć go zworką. Mogłem nie przeciąć jednej ścieżki do końca i wtedy zworka nie byłaby potrzebna. Można też zrobić tak jak na zdjęciu — efekt będzie ten sam. Ważne, żeby ten rezystor był podłączony tak jak na zdjęciu. To sprzężenie zwrotne napięciowe zasilacza, nie wolno go odcinać.


Do jednego z transoptorów przylutowujemy przewód sprzężenia zwrotnego prądowego.


Na schemacie jest to styk oznaczony strzałką. Kiedy sprawdzałem płytkę miernikiem, okazało się, że między transoptorem a TL-ką jest rezystor, ale nie ma to żadnego znaczenia — przewód sprzężenia zwrotnego prądowego podłącza się do tego styku transoptora.


Bierzemy tulejkę dystansową o długości 15 mm, podkładkę o grubości około 0,5 mm — przekaźnik jest nieco wyższy niż 15 mm — oraz śrubkę. Przy okazji przykleiłem do przekaźnika kawałek taśmy dwustronnej.
Montujemy tulejkę, a przy okazji przylutowujemy do szyny przewód albo wyprowadzenie jakiegoś elementu. Najlepiej użyć czegoś o dużym przekroju, bo odprowadza tędy część ciepła z rezystorów bocznikowych płytki adaptera. Jeśli zrobicie wszystko tak jak ja, płytka adaptera po prostu nasunie się na to wyprowadzenie. Oczywiście później trzeba będzie je przylutować :)


Przewody zasilające podłączyłem lustrzanie. Optymalniej byłoby zamontować płytkę stroną ze ścieżkami do dołu, ale wtedy po prostu by się nie zmieściła.
Można użyć przewodów o przekroju 1,5 mm², ja zastosowałem grubsze, 2,5 mm².


Od spodu płytki widać miejsca podłączenia przewodów zasilających.


Konstrukcja wygląda na skomplikowaną, ale w rzeczywistości ma tylko 5 punktów podłączenia. Udało się przy tym zmieścić ją w całkowitej grubości zasilacza, nawet z niewielkim zapasem.


Można przejść do konfiguracji i testów.
Na początek ustawiamy napięcie wyjściowe. Trzeba to zrobić na zaciskach wyjściowych, którymi są teraz zaciski 2, 3 (plus) oraz 4, 5 (minus). Regulujemy bez akumulatora, ustawiamy 13,80 V. Przy okazji tutaj również udało się bez problemu ustawić napięcie, choć później nieco spadło, ale to bez znaczenia.
Po ustawieniu można podłączyć akumulator do zacisków 1 (plus) i 6 (minus). Akumulator był prawie naładowany i po podłączeniu zaświeciły się nawet diody LED balansera, choć jak pisałem w jego recenzji, wtedy z jakiegoś powodu nie chciały świecić.


Kilka testów. Na początek sprawdźmy spadki napięcia w poszczególnych częściach układu.


Prąd 8 A, spadki napięcia na poszczególnych odcinkach:
Wejście–wyjście po stronie plusa
Wejście–wyjście po stronie minusa
Bocznik
Przekaźnik
Bezpiecznik


To samo, ale przy prądzie 10 A


I maksymalne 12 A


Wyniki w formie tabeli, w porównaniu z MeanWell PSC-160A-C
Przy prądzie 10 A całkowity spadek napięcia w przerobionym LRS-200 wynosi 0,178+0,095=0,273 V, a w przerobionym PSC-160A-C odpowiednio 0,227 V, czyli nieco mniej. Myślę, że wynika to z tego, że PSC-160A-C nie ma przewodów, a wszystko jest bezpośrednio na płytce, albo z zastosowania lepszego przekaźnika.
Przy okazji: lepiej, gdy przekaźnik załącza się pod obciążeniem, a nie „na zimno”, czyli najpierw się załącza, a dopiero potem zaczyna płynąć prąd.


Temperatura płytki przy prądzie 10 i 12 A. Niestety przy 12 A nie mogłem długo prowadzić testu, bo tranzystory na płytce zabezpieczającej szybko się nagrzewały. Nawet po stosunkowo krótkich testach miały około 155°C.


Akumulator był prawie naładowany, więc żeby zmierzyć prąd ładowania, musiałem go rozładować. Ustawiłem rozładowanie prądem 8 A, a przy okazji sprawdziłem dokładność ustawienia prądu. Byłem nawet zaskoczony: zadany prąd odpowiada rzeczywistemu, mimo że od kalibracji minęło już kilka lat :)
Po rozładowaniu włączyłem zasilanie i sprawdziłem prąd ładowania. Wyniósł około 3,3 A, co w przybliżeniu zgadza się z obliczeniami.


A teraz długotrwały test w trybie maksymalnym: prąd obciążenia na wyjściu wynosi 12 A, a jednocześnie ładowany jest akumulator, więc moc przekracza 200 W.


Test rozpoczął się około godziny 14, dlatego zdjęcia termowizyjne zrobiłem po 15, 27 i 37 minutach. Potem zasilacz pracował w ten sposób jeszcze około trzech godzin, ale prąd ładowania spadł, a temperatura prawie się nie zmieniała, więc nie wykonywałem kolejnych pomiarów.


Koniec testu termicznego. Z ciekawości podłączyłem tutaj diodę sygnalizującą zakończenie ładowania. Świeci podczas ładowania i gaśnie po jego zakończeniu, a dokładniej — gdy prąd spada do około 0,55 A. Nie gaśnie od razu, lecz stopniowo, w zakresie około 0,58–0,54 A. Można ustawić, żeby gasła skokowo, ale nie widzę w tym sensu.
Napięcie wyjściowe po rozgrzaniu, po pełnym naładowaniu, wyniosło 13,813 V. Można je nieco obniżyć, ale nie widzę takiej potrzeby.


Żeby zabezpieczyć płytkę przed zwarciem z obudową, osłoniłem ją kawałkiem plastiku z jakiegoś opakowania typu blister.


Oba zasilacze są już przerobione


A teraz krótkie podsumowanie.
Zdecydowanie polecam ten zasilacz, podobnie jak poprzedni LRS-150. Nie mam do nich żadnych zastrzeżeń.
LRS-200 lepiej nadaje się do przeróbki. Wygląda na to, że sprawdzi się też LRS-350, trzeba tylko sprawdzić, czy nie będzie przeszkadzał układ sterowania wentylatorem. Poza tym wszystko montuje się dość wygodnie. Jest jednak pewien problem: przekaźnik nie wytrzyma dużego prądu. Może da radę, jeśli chodzi o wersję zasilacza na 24 V albo — jako inna możliwość — gdy potrzebny jest duży prąd ładowania.

Na dziś to wszystko. Mam nadzieję, że materiał był przydatny. Jeśli macie pytania lub uwagi, piszcie — postaram się odpowiedzieć. Będę też wdzięczny za sugestie i rady.