Блок живлення 60 вольт 300 ватів, варіант номер два

Як я нещодавно писав, для одного з кастомних електронних навантажень мені знадобилося зробити потужний зарядний пристрій. Перетворювач я вже показав, тепер черга блока живлення. До того ж огляд подібного ІБЖ у мене вже якось був, тож буде ще цікавіше — порівняємо.

Нагадую: щоб постійно бути в курсі нових тем у блозі, рекомендую підписатися на мій інстаграм, де я публікуватиму сповіщення про всі нові теми й, можливо, писатиму просто про щось цікаве — посилання на акаунт

Також підписатися на оновлення та нові статті можна в телеграм-каналі — https://t.me/KirichBlog



Приблизно три роки тому я оглядав майже такий самий блок живлення, але тоді його мені надіслав один із товаришів. Зрештою простий, здавалося б, огляд переріс у перероблення, а точніше — приведення цього БЖ до ладу. Втім, забігаю наперед, дотримуватимемося послідовності.

Узагалі це вже п’ятий подібний блок живлення, який потрапив до мене: перший я просто тестував,другий тестував і доопрацьовував, третій ремонтував і доопрацьовував, четвертий просто доопрацьовував, але про це не писав, і ось п’ятий.

Я вже якось збирав електронне навантаження з вбудованим зарядним пристроєм, але тоді це був варіант із напругою до 30 вольт і струмом до 6 ампер. Майже тоді ж я подумав, що якось «замало буде», і купив перетворювач напруги на 20 ампер, а також блок живлення на 300 ватів, а не на 180.
Часу не було, тож усе це закинув на полицю. Аж ось тепер узявся до складання, а це зазвичай означає, що спочатку треба не лише перевірити комплектуючі, а іноді й довести їх до ладу.

З перетворювачем я вже розібрався, ну майже, а блоком живлення зайнявся тільки зараз.
Коли замовляв, ціна була помітно нижчою, але й це ще не все: тоді були в наявності блоки живлення на 60 вольт, а зараз із ними якась проблема. На 24, 36, 48 є, а на 60 знайти не можу. Відчуваю, доведеться переходити на Mean Well: це і краще, і потужніше, але ціни — щонайменше вп’ятеро вищі, ніж у звичайних «китайських». Навіть не знаю, чи є сенс, хоча, звісно, є шанс зібрати в тому самому корпусі тестер акумуляторів із вбудованим зарядним пристроєм на 600 ватів.
Узагалі дивна ситуація: ІБЖ на 60 вольт знайти складно, а серед брендових — майже нереально. Максимум, що бачу, — 54...



Блок живлення без корпусу — власне, те, що мені й потрібно. Та й бачили ви його, напевно, не раз, хоча тут є помітні відмінності.


А тепер трохи ближче. Зібрано відносно акуратно, хоча є недоліки: тут радіатор погнули, там конденсатор пом’яли, до того ж магнітопровід трансформатора бовтається. Загалом типовий недорогий китайський ІБЖ.


На вході — мережевий фільтр, термістор і вхідний конденсатор на 220 мкФ, 450 вольт.


Клемник такий самий, як і раніше, а от запобіжник у пластиковому корпусі й лише на 2 ампери, що для БЖ такої потужності виглядає щонайменше дивно.
Ключова відмінність, яка, до речі, рідко трапляється в китайських БЖ, — два термореле, закріплені на радіаторах. Обидва на 85 градусів, причому під ними навіть щось намазано. Перше розмикає вхід мережі, друге, найімовірніше, — живлення ШІМ-контролера.


Високовольтних транзисторів два, з’єднані паралельно. Спочатку мене збентежило, що шунти в них різного номіналу, але потім я зрозумів чому.
Спочатку я думав, що шунти окремі для кожного з транзисторів, але згодом з’ясувалося, що це не так: транзистори з’єднані саме паралельно (крім затворів — вони розв’язані резисторами), тож і шунти також усі з’єднані паралельно. Але до однієї пари веде довша доріжка, тому там шунти мають менший опір, щоб компенсувати її довжину.
Щодо номіналу — якось замало. По-перше, номінал 0.17 Ома трохи дивний: його немає в типовому ряді E24. По-друге, якщо вважати, що загалом паралельно встановлено 4 резистори, то еквівалентний опір становить приблизно 0.04–0.045 Ома. У попередній версії номінал був 0.39 Ома, і резисторів теж було 4, тобто еквівалентний опір — приблизно 0.1 Ома. А тут ще вдвічі менше, та ще й у первинному колі. Дивно: по суті, це захист від КЗ, а не від перевантаження.




Схема керування не відрізняється від попередніх, хіба що від першої: там вона була на окремій платі. У будь-якому разі, як і раніше, маркування контролера стерте — навіщо, загадка...


Оскільки блок живлення зібраний за однотактною прямоходовою топологією, у ньому є накопичувальний дросель.
Поруч Y-конденсатор для зниження завад — докладніше
На радіаторі пара діодів B20200G
На виході три конденсатори 470 мкФ 63 вольти, крайній лівий помітно деформований.


Як і раніше, до плати в мене претензій немає: відстані нормальні, захисні прорізи є, плата відносно чиста.


А ось і перший «нюанс»: з якогось дива виробник поставив на виході резистор на 1 кОм. Я спочатку навіть подумав: та ні, не може бути, здалося. Але перевірив — він справді підключений паралельно до виходу.
Щоб було зрозуміло, що тут не так. Резистор 1 кОм, на виході 60 вольт, струм 60 мА, відповідно, потужність на резисторі 3,6 Вт. Мало того, що потужність захмарна, так ще й резистор на 1 Вт — повне божевілля. Навіть якщо ненадовго ввімкнути блок, резистор нагрівається майже до 200 градусів, а якщо залишити так надовше, то він запросто може сам випаятися.


Власне, потужність без навантаження при цьому близько 4,5 Вт, хоча в цьому тесті така потужність мене навіть порадувала.


І тут поясню, що хорошого в потужності 4,5 Вт для цього БЖ. Як я писав, три роки тому мені вже траплявся такий БЖ, на вигляд один в один.


Але він без навантаження «споживав» близько 11 Вт, і в цьому випадку, знаючи, що на вихідному резисторі розсіюється 3,6 Вт, а загалом — 4,5 Вт, це справді навіть добре, і проблему легко виправити.


Тому що минулого разу мені довелося замінити вихідну діодну збірку на швидшу: повільна не встигала закриватися, через що виникав шалений перегрів. Як розумієте, замінити резистор простіше й дешевше.


Я вирішив поставити вивідний резистор: відповідного номіналу SMD-резистора вдома просто немає. Заодно вирішив одразу замінити й конденсатори.
В ідеалі добре було б поставити конденсатори тієї самої ємності, але на 80 вольт, а ще краще — на 100. Та тут є проблема: на 80 вольт їх годі знайти, а на 100 зазвичай мають значно більші габарити. Мені ж потрібні були конденсатори діаметром не більш як 13–14 мм.

Спочатку купив три штуки Samwha RD 680 мкФ 63 вольти, але зрештою довелося купити інші — Panasonic, низькоімпедансні 470 мкФ 63 вольти. Якщо вже не можу знайти щось на вищу напругу, то нехай будуть на 63 вольти, зате якісні. Купував, як завжди, у харківському космодромі.

Просто для порівняння — розміри конденсаторів. Добре видно, що Panasonic більші за рідні, хоча напруга й ємність у них однакові.


За результатами тестів з’ясувалося, що, по-перше, усі три рідні конденсатори справні; по-друге, Samwha RD поступаються їм за параметрами, хоча, можливо, виграють у надійності; і, по-третє, я хотів зробити якнайкраще, тож Panasonic тут виявилися саме доречними.


Вихідний резистор замінив на 3,3 кОм, у результаті потужність упала з 4,4 Вт до 1,7 Вт.


Але це ще не все: заодно замінив один із резисторів дільника з 750 Ом на 1,5 кОм, щоб знизити напругу з 60 до 58 вольт. Напругу вирішив знизити, по-перше, для підвищення надійності, а по-друге, оскільки все одно не вдається зарядити акумулятор на 48 вольт, то в 60 вольтах просто немає сенсу.
Заодно замінив резистор світлодіода: був на 20 кОм, поставив на 30 кОм. Можна було поставити й більший номінал, але такого не трапилося під руку. Рідні резистори, які випаяв, припаяв поруч, щоб не загубилися — раптом довелося б переробляти назад.


У результаті потужність без навантаження знизилася до 1,4 Вт, а напруга — до 57,8 вольта. Взагалі варто сказати про ватметр: коли мій згорів, довелося купити новий, але, на жаль, хоч зовні він і схожий, старому він значно поступається: екран тьмяніший, вимірює повільно, та й дискретність висока — наприклад, із 1.4 він одразу перемикається на 1.7 Вт, проміжних значень немає :(


Кілька слів про схему вузла ЗЗ: вона схожа на схему першого БЖ, який я переробляв, теж на 60 вольт, але є одна відмінність: резистор живлення оптрона тут не 2.4, а 10 кОм.
У БЖ, який я оглядаю, один із резисторів на 750 Ом я замінив на 1.5 кОм.


Минулого разу я замінив резистори на 750 Ом на 1.5 кОм, що дало вищу напругу й помітно зменшило її відхилення залежно від температури.


Але це ще не все. Раніше я якось не звернув уваги на те, що стабілітрон TL431 підключений безпосередньо до оптрона, хоча він розрахований максимум на 35–40 вольт. Зрештою я підключив послідовно з оптроном стабілітрон на 18 вольт. Звісно, добре було б щось на кшталт 24–27, але що було, то й поставив — усе краще, ніж так.
Правильно було б трохи зменшити номінал резистора, наприклад до 5.1 кОм, бо так напруга трохи зросла, але зрештою я отримав саме те, чого й хотів.


І, звісно, трохи тестів. Для початку — вимірювання ККД і тест під навантаженням.


Перевіряв у діапазоні струмів навантаження від 0.5 до 5.5 ампера з кроком 0.5 А.


У результаті отримав ККД близько 85–87%. Чомусь очікував трохи більше, хоча б близько 90%, але маємо те, що маємо.
Взагалі я відразу заклав близько 60 ватт втрат у вузлі заряджання за максимальної потужності, і, власне, до цього й наближаюся: на БЖ втрачатиметься близько 50 ватт, на DC-DC перетворювачі — ще приблизно 10 ватт (за виходу 12 вольт, 20 А), разом 60. Власне, 60 ватт — це та потужність, яку я можу «видмухати» з корпусу без жодних хитрощів.


Не скажу, що довго ганяв цей БЖ, але хвилин 10 він приблизно пропрацював, причому без активного охолодження й на потужності 100–110% від заявленої.
На мій погляд, із температурами все гаразд: найгарячішими компонентами були вхідний термістор і вихідний дросель. Температура термістора була близько 150 градусів, а дроселя — приблизно 100. До речі, чомусь тепловізор почав глючити, показуючи в одній точці одразу і -40, і +140. Може, я просто забув перемкнути діапазон, коли перевстановлював ПЗ після невдалого автоматичного оновлення (ось чому я люблю автономні тепловізори).


Із транзисторами й діодами, на диво, все було чудово: навіть у такому режимі нагрівання становило близько 85 градусів. Помітно грілися, мабуть, лише резистори снабера, але це їхня робота — грітися.


І, звісно, подивимося на пульсації. Тут щуп осцилографа був підключений через паралельний фільтр C+C.


Для початку — ВЧ-пульсації без навантаження, а також за 1.75, 3.5 і 5.25 А. Перший скриншот я випадково зробив за 2 вольти на поділку, але насправді це не принципово, поясню пізніше. А так, близько 150 мВ пульсацій за граничної потужності й вихідної напруги 60 вольт — це справді класно, просто чудово, я задоволений. Але невеликі пульсації — це радше заслуга самої топології. Якби це був зворотноходовий перетворювач, пульсації були б значно більшими, і з ним я б точно не ризикнув ставити конденсатори на 63 вольти. І, до речі, саме тому Mean Well для вихідної напруги 12–13 вольт ставить конденсатори на 16. Крім того, ця топологія дає змогу ще й зменшити ємність вихідних конденсаторів, а розплата за це — додатковий потужний дросель.


НЧ-пульсації. Тут стало зрозуміло, що БЖ без навантаження працює в режимі старт-стоп. Насправді це не дуже добре, але це «заслуга» так званих «зелених» :(
В інших режимах пульсації — до 350 мВ, причому зростають вони саме за максимальної потужності, а в інших режимах помітно менші. Тут, якби все робити як слід, варто було б збільшити ємність вхідного конденсатора, але оскільки це просто зарядний пристрій, він не працюватиме цілодобово в такому режимі, тож це не критично. До того ж після нього буде DC-DC перетворювач.



До слова про зростання НЧ-пульсацій: ліворуч розмах за 4.3 А, праворуч — за 4.7 А. Видно, що зростання починається приблизно за струму 4.5–4.7 А, тобто близького до максимального.


Можливо, хтось скаже, що БЖ без навантаження працює в режимі старт-стоп через те, що я збільшив опір вихідного резистора.
Ні, резистор тут ні до чого: ліворуч скриншот за струму навантаження 350 мА, праворуч — за 370 мА. Тобто, щоб БЖ перейшов у нормальний режим роботи, навантаження має бути понад 370 мА. При цьому є гістерезис: «зелений» режим вимикається за струму 370 мА, а вмикається, коли струм знижується до 340 мА.
370 мА за напруги 58 В — це приблизно 20–25 Вт, таку потужність нереально розсіювати на баластному резисторі, тож доведеться терпіти :(


Список внесених змін:
1. Запобіжник Т2А замінено на Т3.15А: на мою думку, 2 А — це зовсім на межі.
2. Послідовно з оптроном додано стабілітрон на 18 В
3. Вихідну напругу знижено з 60 до 58 В
4. Вихідний баластний резистор замінено з 1 кОм на 3,3 кОм
5. Замінено вихідні конденсатори: ємність і напруга такі самі, як і були, але тепер це Panasonic

Власне, комплект майбутнього зарядного пристрою для тестера акумуляторів: блок живлення на 300 Вт і DC-DC до 20 А.



Висновки.
Як це зазвичай буває з китайськими пристроями, тут не обійшлося без купи недоліків — нехай і дрібних, але все ж. Усі вони описані в огляді, тож повторюватися не буду.
Але знайшлося й дещо хороше. По-перше, цей БЖ явно кращий за попередні: вихідні діодні збірки тепер швидші й не гріються без навантаження, додано термореле для захисту від перегрівання. Та й загалом блок працює непогано, особливо тішить, що ВЧ-пульсації на низькому рівні. Щоправда, це після заміни конденсаторів, але й у штатних ESR був непоганий. А от із надійністю є питання.

Загалом блок живлення непоганий. Не знаю, як у інших продавців, але тут важко щось сказати, бо я вже бачу щонайменше три версії цього БЖ. До того ж проблема з вихідними діодами була лише у версії на 60 В, а в продажу я бачу максимум 48 В. Крім того, складно зрозуміти, який саме БЖ є у продавця, адже навіть тут, на фото в магазині, показано стару версію без термореле.


На сьогодні в мене поки все. Сподіваюся, огляд був корисним. Як завжди, коментарі та посилання дуже вітаються.
І ще раз повторю: посилання веде на той магазин, де я купував, але ціна там зараз просто шалена. А я шкодую, що не купив хоча б штук п’ять таких блоків. Mean Well, звісно, класні, але дорогі :(