Блок живлення RPS-120-27 виробництва Mean Well

У своїх оглядах, а ще частіше в коментарях, я дуже часто згадую блоки живлення фірми Mean Well. Блоки живлення цієї фірми належать до сегмента, де ціна ще не захмарна, а якість дуже висока. Цей блок живлення надіслав мені один із моїх постійних читачів спеціально для тестування, за що йому велике спасибі. Заодно він попросив мене випробувати його на повну, чим я сьогодні й займуся.
Загалом, думаю, ті, кого цікавлять фірмові, але недешеві блоки живлення, не будуть розчаровані.



Для початку — що таке Mean Well. Це китайська фірма, яка спеціалізується на різних блоках живлення. Фірма відносно молода, їй лише близько 35 років. Загалом я часто використовую блоки живлення цієї фірми й рекомендую їх іншим. Зазвичай ідеться про серії RS і LRS. Це блоки живлення, спроєктовані для тривалої роботи у відносно важких режимах, які проходять попереднє термовипробування. У характеристиках зазначено, що вони витримують вхідну напругу 300 В протягом 5 секунд.
Але, на жаль, у Mean Well не все так райдужно: у них була серія блоків живлення формату «вилка в розетку», у яких був досить високий відсоток браку. Один такий у мене десь лежить удома, щоправда, вже розібраний.

Але щось я відволікся.
Отже, блок живлення купили в американському магазині mouser.com. Посередником я особливо не цікавився, думаю, якщо людина, яка надіслала мені його, захоче, то відповість на це запитання.

До мене блок живлення потрапив у «рідному» пакованні: це був пакет із застібкою, усередині — конверт із пухирчастої плівки та обгортка з м’якого матеріалу. З боку контактів блок живлення мав додатковий захист.


Перше враження — усе дуже акуратно, тут жодних питань.


Блок живлення має формфактор 4×2 дюйми, або, кажучи зрозуміліше, 2×1 сірникові коробки, адже стандартний коробок має довжину 50 мм, що майже дорівнює двом дюймам.
Висота блока живлення — 29 мм.
Є дві версії блока живлення: у вигляді плати та в перфорованому кожусі.


Для порівняння — блок живлення з попереднього огляду, той, що оглядаємо, і «народний», огляд якого я також робив кілька років тому.


На вхідному конденсаторі є наклейка з усіма основними технічними характеристиками:
Вхідна напруга — 100–240 Вольт
Вхідний струм — 2.3–1.1 Ампера.
Частота мережі живлення — 50/60Гц
Вихідна напруга — 27 Вольт
Вихідний струм — до 3.15 Ампера без обдування або 4.5 Ампера з обдуванням.
Потужність — 85 Ватт без обдування або 121.5 Ватта з обдуванням.



Виробник недарма навів короткі характеристики, адже якщо прочитати повні, то недосвідченого користувача вони можуть дещо… спантеличити.


Крім усього іншого, цей блок живлення має й деякі особливості (щось же має виправдати його вартість).
Наприклад, різні види захисту, а також рівень безпеки, що дає змогу використовувати його в медичних приладах.


Заявлено, що блок живлення відповідає стандарту MOPP and MOOP in IEC 60601-1 3rd, а точніше — 2хMOPP.
Таблицю наведено нижче, клас захисту блока живлення, який ми оглядаємо, відповідає нижньому рядку.
Блоки живлення для медичного обладнання мають бути насамперед безпечними для людей довкола з погляду електробезпеки, тому в них поліпшена ізоляція. Крім того, вони мають бути безпечними й для обладнання довкола в електромагнітному діапазоні, але це обумовлюється окремо.
У будь-якому разі цей блок живлення планувався для лабораторного блока живлення, а не для медичного обладнання, хоча додаткова безпека не завадить і лабораторному БЖ — як бонус (шкода, що не безкоштовний).
До речі, я ще якось повернуся до цього питання в одному із запланованих оглядів.


Блок живлення дуже щільно запакований, я б навіть сказав — ДУЖЕ щільно. До цього питання я ще повернуся і під час огляду, і у висновках.


Насамперед звертаєш увагу на вхідний фільтр перешкод, який займає досить велику площу друкованої плати. Фільтр складається з двох синфазних дроселів, а також конденсаторів типів X і Y. Живлення підключається за допомогою стандартного роз’єму з кроком 3.75мм, але оскільки замість трьох контактів встановлено лише два, відстань між контактами становить 7.5мм.


Розповім про основні компоненти цього блока живлення.
1. На вході встановлено два запобіжники — на фазу й нуль. Таке рішення необхідне для підвищення безпеки, і «як слід», саме так і має бути через особливості імпульсних БЖ. Цікаво, що запобіжники не лише різного кольору, а й припаяні по-різному: відстань між отворами на платі для коричневого більша, ніж для чорного, через що він стоїть трохи «навскіс».
2. На вході також є два термістори, встановлені відповідно на фазі та нулі.
3. Хоча на вхідний роз’єм не виведено контакт заземлення, заземлити БЖ усе ж можна: цей контакт виведено на контактні майданчики двох кріпильних отворів (з боку входу та виходу БЖ).
4. Діодний міст установлено на радіатор. Компонування настільки щільне, що одна деталь притискає іншу. Діодний міст прикручено гвинтом із потайною головкою. Якоїсь миті я занепокоївся, що до нього притиснуто дросель, але, побачивши жорстку прокладку між гвинтом і дроселем, заспокоївся.


1. Вхідний конденсатор має ємність 180 мкФ, що дуже непогано для вхідної напруги 220–240 В, але може бути недостатньо для 100–120 В. Як і деякі інші компоненти, конденсатор закріплений силіконовим герметиком.
2. Радіатор П-подібний, усередині встановлено високовольтний транзистор 22NM60N, розрахований на струм 16 А, напругу 600 В і опір у відкритому стані 0.16 Ом. Чудовий транзистор.
І тут напрошується цілком закономірне зауваження щодо ремонтопридатності. На фото видно, що, наприклад, діодний міст не замінити без демонтажу радіатора. Добре, що для транзистора залишили «щілину», хоча з огляду на те, що його «обв’язка» розташована поруч, у разі ремонту радіатор усе одно доведеться знімати.
3. Вхідний і вихідні конденсатори виробництва Rubycon. Загалом Mean Well часто використовує у своїх БЖ конденсатори цієї фірми, які вирізняються досить високою якістю.
4. Як видно на четвертому фото, вхідний конденсатор, по суті, «висить у повітрі», а точніше — на силіконі. Під ним також розмістилися:
Терморезистор контролю температури БЖ для захисту від перегрівання. Приблизно за 10 мм від радіатора транзистора.
Конденсатор живлення ШІМ-контролера. Ще один мінус розробникам: замінювати його дуже незручно.
Кілька SMD-компонентів
Один із двох конденсаторів типу Y, що з’єднує первинну та вторинну сторони БЖ.
Провід заземлення.


1. Вихідну діодну збірку також установлено на радіатор.
2. Діодна збірка має маркування STPS20170CT і розрахована на струм до 20 А за напруги до 170 В. Оскільки заявлений максимальний вихідний струм становить 4.5 А, запас майже півтораразовий.
На жаль, тут із ремонтопридатністю така сама ситуація, як і з компонентами на першому радіаторі: діодну збірку можна демонтувати лише разом із радіатором.
3. Трансформатор обмотаний скотчем так, що дістатися до нього практично неможливо. Поруч розташовані елементи снабера (праворуч), роз’єм підключення вентилятора (по центру), а також підлаштувальний резистор і світлодіод індикації ввімкнення.
4. Вихідний фільтр складається з двох конденсаторів ємністю 680 мкФ 35 В, одного на 100 мкФ 35 В і дроселя.
На мій погляд, ємність вихідних конденсаторів замала, але таке я досить часто зустрічаю в БЖ цієї фірми. Та найбільше нарікань викликає місце встановлення конденсаторів: вони затиснуті між двома елементами, що виділяють тепло, — радіатором вихідного діода й трансформатором. Не згадуватиму навіть про те, що один із конденсаторів не замінити без демонтажу радіатора, але ставити конденсатори в такому гарячому місці… я б не став. Утім, фірма дає трирічну гарантію.


Провід заземлення з’єднує первинну та вторинну сторони блока живлення.
На фото може здатися, що його легко витягнути. Повірте, це оптична ілюзія: провід майже натягнутий.


Крім того, він проходить між радіатором і трансформатором, утворюючи зазор, а провід і радіатор закріплені все тим самим силіконом.


До якості паяння претензій немає: усе дуже акуратно, плата чиста, усі компоненти додатково закріплені клеєм, у потрібних місцях є захисні прорізи. Плата двостороння.


Високовольтна частина блока живлення.


Низьковольтна частина. Є вільні місця для компонентів, тож припускаю, що існує «розширена» версія цього блока живлення. Цікаво, що на платі немає SMD-перемичок, та й звичайна лише одна (якщо не рахувати провід заземлення).


1. Роботою блока живлення керує ШІМ-контролер NCP1239 виробництва ON Semiconductor.
2. Праворуч розташовані резистори, які розряджають конденсатор, установлений перед діодним мостом. При цьому на платі передбачено місце для спеціалізованої мікросхеми, але воно порожнє.
3. На відміну від дешевих БЖ, тут є два оптрони: один відповідає за зворотний зв’язок, другий — за захист від перевищення напруги на виході в разі виходу з ладу кола зворотного зв’язку.
4. Оптрони також додатково зафіксовані на платі клеєм, під ними є захисна прорізь.
5. На низьковольтному боці біля оптронів установлено два стабілітрони, нижній відповідає за захист від перевищення напруги.
6. Вентилятор живиться через стабілізатор 7812, але регулювання обертів немає. Точніше, умовно є, але за струму навантаження 500 мА напруга на вході стабілізатора піднімається до 14 Вольт, і вентилятор працює на повну. За подальшого збільшення навантаження на блок живлення напруга піднімається до 15–16 Вольт.
Зате цей вихід можна використовувати для живлення додаткових малопотужних споживачів, наприклад у тому ж лабораторному БЖ, але треба збільшити ємність конденсатора перед 7812.
На жаль, обмотки трансформатора з’єднані, тому гальванічної розв’язки між цими виходами немає. Але, наскільки я можу судити, намотані вони все-таки окремо, тож є шанс розділити їх на дві обмотки (за потреби).


Звісно, принципову схему перемальовано. Заздалегідь перепрошую за можливі помилки — було не дуже зручно.
Ємність дрібних конденсаторів указано приблизно, адже для точного вимірювання їх треба випаювати з плати.


На схемі я виділив кольором кілька вузлів.
1. Помаранчевий — коло захисту від перевищення напруги на виході. Якщо напруга на виході піднімається вище 32–33 Вольт, через оптрон блокується робота ШІМ-контролера.
2. Зелений — захист від перегрівання, використовується той самий вхід ШІМ-контролера. Захист від перегрівання та перевищення напруги має тригер, який скидається після знеструмлення БЖ і розряджання конденсатора живлення.
3. Рожевий — коло стабілізації напруги.
4. Синій — додатковий вихід 12 Вольт для живлення вентилятора
5. Червоний — незрозумілий елемент, підключений паралельно до однієї з обмоток вхідного дроселя. За маркуванням на платі — діод, зовні — скляний корпус із кольоровим маркуванням, схожий на потужний стабілітрон, розрядник, навіть конденсатор (такі були в подібному корпусі).
Діод унизу. Не зовсім упевнений, що його анод підключений так, як показано на схемі. Але варіантів особливо не було, бо катод підключений саме так, як показано.



Схема досить складна. Для прикладу нижче наведено схему «народного» блока живлення, який має більші габарити, меншу потужність (майже вдвічі), не має захисту від перегрівання та виходу для вентилятора.
Думаю, різницю помітить навіть людина, далека від електроніки.



ШІМ-контролер досить функціональний, але в ньому є підозрілий пункт —
Frequency Foldback Down to 26 kHz and Skip Mode to Maximize Performance in Light Load Conditions.

І, скажу чесно, саме цей пункт мене дуже насторожив. Загалом у ньому немає нічого поганого, якби не одне «але»: у режимі мінімального навантаження контролер знижує частоту до мінімуму, а це часто призводить до певних проблем — «дзижчання» та пульсацій на виході.
Цей режим належить до категорії «енергозберігальних», але насправді працює лише на користь усіх, крім споживача. Адже якби його не впроваджували, різниця у споживанні була б не такою великою, але маркетинг поки перемагає: у всіх є «зелений режим», і в нас буде.


Структурна схема ШІМ-контролера. Безліч часовизначальних кіл і компараторів. Основних робочих частот у контролера дві — 65 і 100 кГц, плюс 26 кГц в енергозберігальному режимі.


Спрощена схема підключення. Показано мінімально необхідну конфігурацію з’єднань. Цікаво, що тут також є вузол захисту від перенапруги, але підключений він дещо інакше. У цій схемі за підвищення напруги на вхід Fault (вхід термодатчика) надходить високий рівень, а в реальній схемі БЖ оптрон замикає цей вивід на землю, тобто логіка роботи протилежна.
Якщо подивитися на структурну схему, то буде видно, що там справді є навіть два компаратори, але один реагує на підвищення напруги на цьому виводі, а другий — на зниження. Розробники Менвела не стали використовувати перший режим, а просто об’єднали захисти від перегрівання та перенапруги.


Гаразд, час переходити до тестів.

Як я вже писав вище, на платі розташований підлаштувальний резистор, який дає змогу змінювати вихідну напругу.
Спочатку блок живлення був налаштований приблизно на 27 Вольт, мінімальна й максимальна напруга становлять близько 24 і 30 Вольт відповідно.
Регулювання досить плавне, я без особливих проблем виставив рівно 27 Вольт.


Далі були тести навантажувальної здатності блока живлення та рівня пульсацій.
1. Холостий хід: на осцилограмі видно, що блок живлення працює на дуже низькій частоті. Пізніше я покажу її в коректнішому вигляді.
2. Струм навантаження 1,1 Ампера.
3. 4.5 Ампера — максимальний задекларований струм
4. Далі я трохи захопився й підняв струм до 5.5 Ампера, особливих проблем не помітив, хоча було відчутно, що БЖ працює на максимумі.
У всіх режимах БЖ «дзвенить», особливо помітно під час роботи без навантаження та при перевантаженні.


Перевірку проводив за струмів 1.1, 2.3, 3.4, 4.5, 5.5 Ампера, що приблизно відповідає струму навантаження 25, 50, 75, 100 і 125% від заявленої потужності.
У режимі холостого ходу частота дуже низька; якщо я правильно все розумію, то близько 1.2кГц, частота розгортки — 500мкС на поділку.
Зі збільшенням навантаження частота одразу піднімається до 26-30 кГц, якщо й далі нарощувати потужність, то зростає до 50 і 70-75 кГц.
Мені це здалося дещо дивним, адже заявлені робочі частоти — 26, 65 і 100кГц.

У будь-якому разі розмах пульсацій у максимальних режимах становить близько 75мВ, що, на мій погляд, багато, але якщо орієнтуватися на даташит блока живлення, то це навіть удвічі менше за заявлене значення (150мВ).


Також виміряв пульсації на частоті 100 Гц: тут розмах трохи більший — до 100мВ за струму до 4.5 Ампера і до 150мВ у режимі перевантаження зі струмом 5.5 Ампера.


Тест із термопрогоном: тут я також використовував ті самі значення струму навантаження — 1.1, 2.3, 3.4 і 4.5 Ампера, але додатково провів тест зі струмом навантаження 5 Ампер.
Під час тесту напруга на виході БЖ трохи зростала, і коли наприкінці я зняв навантаження, то очікував побачити напругу, значно вищу за початково встановлені 27 Вольт, але насправді все виявилося краще, ніж я думав: перевищення лише 28мВ.
Варто зауважити, що виробник декларує лише 85 Ватт без обдування, а я навантажував до 135 Ватт, та ще й в обмеженому об'ємі. Тобто БЖ був перевантажений і за потужністю, і з погляду охолодження.
Наприкінці тесту виразно відчувався запах перегрітого лаку, але все працювало нормально, і зрештою весь тест тривав 1 годину 40 хвилин.


Термознімок після прогону.


Після цього я охолодив блок живлення й вирішив ускладнити завдання. Для цього взяв трансформатор ТН 61, з'єднав обмотки так, щоб отримати від нього 100 Вольт у режимі автотрансформатора.


Переконався, що напруга на вході БЖ особливо не змінюється залежно від навантаження на нього (ліворуч 1.1 А, праворуч 5.5А), і перейшов до повторних тестів, але вже зі зниженою вхідною напругою.


У такому режимі ВЧ-пульсації трохи зросли, але я б не сказав, що значно: було близько 75 мВ, стало близько 85мВ.


Пульсації на частоті 100 Гц залишилися приблизно на тому самому рівні, але зі збільшенням струму навантаження до 5.5 Ампера зросли до 1.2 Вольта — даються взнаки низька вхідна напруга та недостатня ємність вхідного конденсатора. Різке зростання розмаху пульсацій починається приблизно за струму 5.1 Ампера, тобто фактично блок живлення забезпечує заявлені параметри навіть за мінімальної вхідної напруги 100 Вольт.
Якщо чесно, коли перевіряв за струму навантаження 5.5 Ампера, то очікував, що БЖ не витримає, але все закінчилося благополучно. Заодно перевірив захист від КЗ — тут також проблем не було: БЖ вимкнувся, а після зняття перевантаження знову ввімкнувся автоматично.


Додатково провів тест на імпульсну заваду на вході. За «генератор завади» правив той самий трансформатор ТН61. У цьому плані з блоком живлення все чудово: домогтися якоїсь реакції було досить важко, але все-таки мені це вдалося :)
Зазначу, що заземлення не було підключене, тому завадостійкість БЖ знижена.


Ліворуч перевірка за струму навантаження 50%, праворуч — 100%.


Уже радше з цікавості вирішив перевірити ККД блока живлення, тим паче що виробник декларує його на рівні 90%, щоправда, не уточнюючи, за якої напруги.
Але тут я зіткнувся з невеликою проблемою: за нормальної напруги в мережі все було чудово, а за напруги живлення 100 Вольт мій ватметр почав показувати щось незрозуміле.
Для експерименту я підключив ватметр перед трансформатором і отримав реальніші значення.
Ліворуч ватметр підключений після трансформатора, праворуч — перед ним. Навантаження — 1.1 Ампера і 4.5 Ампера.


Тут слід пояснити. Фото розбиті на пари: ліворуч тест за напруги 220 Вольт, праворуч — за 100 Вольт. На першому фото праворуч показана потужність, яку споживає трансформатор у режимі холостого ходу. Оскільки похибка вимірювання потужності таким способом досить висока, у підсумках я вкажу приблизний ККД.


За напруги 220 В температури залишалися цілком прийнятними, особливо з огляду на те, що БЖ працював без активного охолодження та ще й в обмеженому об’ємі.
Але за напруги 100 В температура помітно зросла, а ККД відповідно знизився. У підсумку останній тест завершився аварійним вимкненням через захист від перегрівання.
Як температуру транзистора та вихідного діода наведено температуру їхніх радіаторів у місці встановлення компонента, оскільки дістатися до самих компонентів було неможливо.


Що ж можна сказати в підсумку? На мій погляд, «думки розділилися», і на те є свої причини.
Я знаю, що найчастіше всі показані тести зазвичай перегортають і читають, що написано в підсумках. По-своєму це правильно, адже процес тестування я зазвичай показую «для довідки», а результати краще відображають висновки та підсумкова таблиця.
Таблицю я показав, тепер висновки.

Не знаю, можливо, я очікував від цього БЖ чогось більшого, але результати тестів мене дещо засмутили.
Спершу про конструкцію. За загалом високої якості виготовлення не можу не відзначити недоліки: надто щільне компонування, незручність можливого ремонту та невдале місце встановлення вихідних конденсаторів. Звісно, я розумію, що подібні БЖ — річ радше одноразова, і в розвиненіших країнах їх просто викидають і купують новий. Але ми живемо там, де БЖ цілком ремонтують, і мені не сподобалося б випаювати радіатор, щоб замінити конденсатор.

Якість роботи також неоднозначна. БЖ чудово показав себе в тестах під навантаженням, та й стабільність вихідної напруги непогана. Працює захист від КЗ і перегрівання, є кола захисту від перенапруги. А от рівень пульсацій я б оцінив як високий, хоча він із запасом вкладається в заявлені межі. ККД приблизно відповідає заявленому значенню — близько 89–90% за заявлених 90%.

Найбільше засмутив «зелений режим», через який блок живлення помітно «дзижчить», що дуже неприємно. Порадувала можливість під’єднати вентилятор, але засмутила відсутність регулювання обертів залежно від температури. Причому реалізувати регулювання нескладно й недорого, але цього не зробили.

Загалом якість складання хороша, ремонтопридатність низька, якість роботи — радше між середньою та хорошою, оскільки є зауваження. Прогнозована надійність, гадаю, радше хороша, адже за штатних режимів температура залишається невисокою, а якість використаних компонентів висока.

На цьому все. Як завжди, буду радий запитанням і просто коментарям. Сподіваюся, огляд був корисним.