Компактний блок живлення з коректором потужності та заявленою потужністю 400 Вт

До мене потрапив черговий блок живлення. Купував його не я, а мій товариш, але в цьому разі це не має значення. Насамперед цей блок живлення зацікавив мене заявленою потужністю 400 Вт, досить компактними розмірами, а ще й коректором коефіцієнта потужності.


Спочатку цей блок живлення планували використовувати з платою перетворювача типу DPS5012, але що буде далі — ще невідомо, адже результати випробувань виявилися не такими, як очікувалося.
Утім, краще про все по порядку. У цьому огляді я постараюся показати як переваги, так і недоліки, і, можливо, подібний БЖ знайде свою цільову аудиторію.

Блок живлення виконаний у відкритому корпусі, тобто передбачає встановлення всередині корпусу виробу, а не окреме використання. Габаритні розміри становлять приблизно 128х82х43мм, що для заявленої потужності досить компактно.


Збоку корпусу є наклейка, з якої можна дізнатися, що БЖ має:
Вхідну напругу 100-240 Вольт
Вихідну напругу 48 Вольт
Вихідний струм до 8.3 Ампера
Коефіцієнт потужності понад 0.95

Блок живлення змонтований на алюмінієвому шасі, яке виконує роль радіатора. Для захисту від пошкоджень наклеєна плівка, яку потрібно зняти перед встановленням БЖ у виріб.


На сторінці магазину є й розширений опис, а оскільки він китайською, пропоную вільний переклад Google, якого загалом достатньо, щоб зрозуміти характеристики.
Мене ж, крім потужності й напруги, цікавив також заявлений рівень пульсацій — 150 мВ, що дуже мало для БЖ на 48 Вольт і 400 Ватт.


Монтаж блока живлення щільний, хоча я б не сказав, що аж надто. Наприклад, у БЖ MeanWell, які я оглядав раніше, компонування буває значно щільнішим.


На вході встановлено досить пристойний фільтр, я навіть здивувався. Тут є два двообмоткові дроселі, два конденсатори типу X і три типу Y. Єдине, чого тут немає, — варистора, хоча місце для нього на платі є, але його «забули» розпаяти. Якщо встановити варистор, можна сказати, що фільтр зроблено «за підручником».
При цьому двообмоткові дроселі мають пластикові каркаси, що також правильно.


1. На вході також є термістор для обмеження струму заряджання конденсатора та запобіжник. Запобіжник лише один, його встановлено в колі фази (це позначено на клемнику), але сам він маленький, що не дуже добре.
2. Три конденсатори типу Y для придушення завад з'єднані з корпусом БЖ.
3. Діодний міст притиснутий до корпусу через ізоляційну прокладку, хоча сам він має ізольований корпус. Думаю, у цьому разі прокладка просто замінює термопасту.
4. Вхідний конденсатор має ємність лише 100мкФ. Для БЖ з активним коректором вимоги до ємності вхідного конденсатора менш жорсткі, ніж для звичайних БЖ, але все одно 100мкФ при 400 Ватт — замало, приблизно у 2-2,5 раза менше, ніж потрібно. Праворуч від конденсатора видно дросель активного коректора потужності.


Усі силові радіоелементи притиснуті до алюмінієвого шасі через ізолятори.


У цьому БЖ трансформатор не має зазору, звичного для звичайних обратноходових перетворювачів. Це, звісно, збільшує його потужність, але все одно він виглядає якось скромно для вихідної потужності 400 Ватт, особливо з огляду на заявлену можливість роботи з пасивним охолодженням.


1. Між платою ШІМ-контролера і трансформатором встановлено ще два невеликі електролітичні конденсатори. Нагрівання в цьому місці, найімовірніше, буде досить помітним, тому термін їхньої служби може скоротитися.
2. У колі зворотного зв'язку встановлено один оптрон, а як конденсатор для придушення завад використано правильний конденсатор типу Y.
3. Вихід БЖ також з'єднаний із корпусом, але вже через звичайний високовольтний конденсатор. З огляду на те, що в первинному колі стоять конденсатори Y, такий варіант цілком допустимий і безпечний.
4. На виході встановлено великий накопичувальний дросель і три конденсатори 470мкФ 63 Вольта. Сумарна ємність фільтра — лише близько 1500 мкФ при вихідному струмі понад 8 Ампер, що замало. Крім того, на виході немає дроселя для зниження рівня пульсацій.


Загалом, якщо подивитися на вихідну частину плати, складається враження, що плата універсальна, розрахована на різні конфігурації напруги/струму, а в цьому разі її частково спростили. Ліворуч видно підлаштувальний резистор для коригування вихідної напруги.


Конструкція розбирається дуже просто: три гвинти притискають радіоелементи, а ще чотири кріплять плату. Тут я, мабуть, поставив би плюс: попри відносно щільне компонування пристрій цілком придатний до ремонту.


На деякі виводи елементів надягнуті фторопластові ізоляційні трубочки — дрібниця, але дуже корисна.


Вхідний діодний міст KBL406, транзистор коректора — 20N50, вихідний діод коректора — SFF10006A.
Транзистор інвертора — FHA9N90, вихідна діодна збірка MUR3060PT. За побіжного аналізу всі елементи мають запас за струмом і напругою.

Але знайшлися й сліди невеликої, проте очевидної економії. Річ у тім, що ізоляційні прокладки виготовлені шляхом розрізання навпіл нормального ізолятора.


Такі ізолятори зазвичай повністю охоплюють силовий елемент, наприклад, як компонент, установлений у лівій частині цієї плати. Думаю, тепер зрозуміло, «як це зроблено».


Усім блоком живлення керує ШІМ-контролер CM6800G, установлений на невеликій платці.


CM6800 — це комбінований ШІМ-контролер, який, окрім основної функції, може керувати ще й коректором коефіцієнта потужності. Його виробляє невідома мені компанія Champion.


Схему блока живлення я не перемальовував, але вона дуже схожа на схему з даташита на контролер, тож у разі ремонту нею цілком можна скористатися.


Монтаж двосторонній, якість дуже хороша.


Високовольтна частина: вхідні конденсатори придушення перешкод мають розрядний ланцюг, частину доріжок посилено припоєм.


Вихідна частина теж досить акуратна, але «сопля» припою між мінусовими контактами виходу дещо незвична — мабуть, є версія БЖ, у якій ці точки розділені.


Спочатку думав описати роботу коректора з картинками, але потім згадав про відео — думаю, так буде простіше зрозуміти.
Якщо коротко, поясню:
Звичайний блок живлення споживає енергію з мережі лише тоді, коли напруга (амплітудна) вища за напругу на вхідному накопичувальному конденсаторі. Відповідно, під час заряджання конденсатора виникають великі стрибки струму.
Блок живлення з коректором фактично містить на вході підвищувальний перетворювач, тільки без накопичувального конденсатора (він стоїть після коректора), і може споживати струм із мережі в широкому діапазоні зміни напруги, фактично наближаючи характеристику навантаження до активного навантаження.
При цьому після коректора стоїть такий самий звичайний БЖ, тільки він живиться стабілізованою напругою, тому можна зменшити запас для регулювання й тим самим підвищити ККД. Але загальний ККД падає через те, що сам коректор теж має ККД нижче 100%, тож у підсумку «виходить те саме».


Блок живлення побудований за однотактною прямоходовою (Forward) схемотехнікою, тоді як поширеніші малопотужні однотактні БЖ будують за однотактною зворотноходовою (Flyback) схемотехнікою.
На структурній схемі кольором виділено вузли прямоходового перетворювача (праворуч), яких немає у зворотноходовій схемі (ліворуч). У прямоходовій схемі додано діод, дросель, а одну з обмоток трансформатора ввімкнено зі зворотною полярністю (це важливо).
Крім того, є ще одна відмінність: у прямоходовій схемі в осерді трансформатора не роблять зазору, який обов’язковий у зворотноходовій схемі.


Ця схемотехніка дуже схожа на класичний знижувальний (stepdown) перетворювач.
В обох схемах вхідний ключ «накачує» вихідний дросель, а під час паузи той через діод віддає енергію в навантаження. Тільки у прямоходовому БЖ роль ключа виконують і сам транзистор, і трансформатор, і один із вихідних діодів.
Нижче показано схожі вузли, для наочності їх позначено одним кольором. Думаю, тепер зрозуміло, чому вище я писав, що в цьому БЖ немає вихідного фільтрувального дроселя: установлений тут дросель є накопичувальним. Замикати цей дросель категорично не можна!




Більше особливо нічого оглядати, тож перейдемо до тестів.
Спочатку БЖ був налаштований на 48.3 Вольта, хоча це й неважливо. Діапазон регулювання становить 41.8-54 Вольта, що чимало, але якщо потрібно точно встановити вихідну напругу, можуть виникнути труднощі через грубе регулювання.


Перший тест — оцінювання точності підтримання вихідної напруги залежно від зміни навантаження, ККД і коефіцієнта потужності. Для тесту використовувалися два мультиметри, ватметр і електронне навантаження. У тесті з напругою 110 Вольт було додано автотрансформатор.
У процесі з’ясувалося, що за струму навантаження близько 4-5 Ампер і більше вихідна напруга починає знижуватися, причому не просто знизилася й зупинилася, а цей процес триває помітний час. Подібний ефект буває у разі різкого нагрівання резисторів кола зворотного зв’язку, якщо там використано звичайні резистори з високим ТКС. Але коли я вимкнув навантаження на гарячому БЖ, то побачив, що напруга миттєво повернулася до початкового значення, тож у цьому випадку це, найімовірніше, звичайне перевантаження блока живлення.
Нижче два фото: до тесту, на холодному БЖ, і відразу після зняття навантаження на гарячому. Можна бачити, що від нагрівання напруга практично не залежить.


Таблиця з тестом. Під час тесту за низької напруги похибка вимірювання ККД помітно більша, тому наведені значення радше орієнтовні. Окрім того, останній тест за низької напруги й максимального струму не проводився, оскільки БЖ явно працював із перевантаженням.


Фактично я перевірив БЖ за струму, практично максимального для нього: навантаження становило майже 400 Ватт, але в цьому режимі БЖ працював невесело — сильне нагрівання, зниження вихідної напруги, хоч і не дуже велике, але помітне.
Заодно зазначу цікаве спостереження: під час увімкнення через трансформатор він (трансформатор) починав дзижчати, коли струм навантаження БЖ перебував у діапазоні 2.5-3.5 Ампера, з піком близько 3 Ампер.


Вимірювання рівня пульсацій на виході БЖ — доволі важливий тест, оскільки цей параметр сильно впливає і на коректну роботу навантаження, і на довговічність вихідної частини пристрою.
Для вимірювання цього параметра перед щупом у мене встановлено рекомендований фільтр, що складається з пари конденсаторів — електролітичного 1мкФ 63 Вольта та керамічного 0.1мкФ.


Пульсації вимірюються на частоті роботи перетворювача (ВЧ) і подвоєній частоті мережі (НЧ).


Загальна картина роботи БЖ
1. На вході 230 В, ВЧ, 100% навантаження
2. Те саме, але НЧ
3. На вході 105 В, НЧ, 75% навантаження
4. Те саме, але НЧ.

Як не дивно це казати, але БЖ вклався в заявлені 150 мВ пульсацій. Єдине — у першому тесті наклалися великі НЧ-пульсації, які зникли під час експериментів.


Не менш важливий тест — перевірка температурного режиму. В описі було зазначено, що БЖ розрахований на пасивне охолодження, але ще на початковому етапі тестів мене мучили сумніви, чи витримає він такий режим на максимальній потужності, адже навіть після короткого тесту він уже сильно нагрівався. Я припустив, що максимальний тривалий струм становитиме близько 6 А, але, як з’ясувалося, сильно помилився: найбільше, що мені вдалося відносно безпечно отримати в тривалому режимі, — це лише 4,2 А, або близько 200 Вт.
Річ у тім, що втрати в БЖ у такому режимі становили близько 35 Вт, а розсіювати таку потужність за настільки компактних розмірів можна лише за допомогою активного охолодження.


Зрештою тест проводився «за скороченою програмою»: спочатку зі струмом 2,1 А, або 25% навантаження, потім — 4,2 А, або 50% навантаження. Але оскільки вже за 50% БЖ явно сильно нагрівався, наступний прогін був лише зі струмом 4,5 А, тобто навіть менше ніж 55% навантаження.
Кожен тест тривав звичні 20 хвилин, загальний час тестування — 1 година.
Оскільки контрольних точок було багато, наведу їх відповідно до таблиці:
Вхідний діодний міст
Транзистор коректора потужності
Діод коректора потужності
Дросель коректора потужності
Вхідний конденсатор інвертора
Транзистор інвертора
Трансформатор
Вихідна діодна збірка
Вихідний накопичувальний дросель
Вихідні конденсатори.


На термознімках усе виглядає приблизно так само.
1. Температури після тесту стабільності напруги, загальний час тесту — близько 15 хвилин із поступовим збільшенням струму від 0 до 8,3 А.
2. Після завершення тесту зі струмом навантаження 4,2 А
3. Ще через 20 хвилин навантаження струмом 4,5 А.

При цьому тепловізор «бачив» якийсь компонент, установлений між трансформатором і вихідним дроселем, і показував максимальну температуру до 145 градусів. Зміна кута нахилу тепловізора змінювала це значення; реальні температури основних компонентів наведено вище в таблиці.


Виникає запитання: як так, потужність заявлена 400 Вт, але тривало він може віддавати лише 200? Що за нісенітниця?
Відповідь проста й прихована в описі товару: БЖ призначений для підсилювачів звуку, а за такого використання середня потужність якраз становить близько 200 Вт за максимальної 400 Вт.


А тепер підсумки.
Конструктивно БЖ виконаний непогано: є нормальний вхідний фільтр, усі силові радіоелементи встановлені на радіатор, використано безпечні конденсатори типу Y, дроселі намотані мідним дротом, є активний коректор. Причепитися можна хіба що до таких речей, як відсутність варистора на вході та те, що дроселі тримаються лише завдяки жорсткості дроту обмотки.
Основна частина компонентів має запас, але це не стосується ємності вхідного та вихідних конденсаторів: вона нормальна для потужності 200 Вт, але явно замала для 400 Вт.
Щодо рівня пульсацій також можна сказати, що все нормально, якщо не зважати на дивний ефект різкого збільшення розмаху пульсацій за струму понад 8 А, який згодом зник і більше не проявлявся.

З огляду на результати тестів можу сказати, що максимальна тривала потужність цього БЖ становить лише 200 Вт. Використовуючи активне охолодження, її можна без проблем підняти до 300 Вт, тоді як 400 Вт — це короткочасна потужність (кілька хвилин). Звісно, можна збільшити ємність конденсаторів — БЖ працюватиме трохи краще, але тривала потужність від цього практично не зміниться.

Ось такий неоднозначний блок живлення. На цьому в мене все, сподіваюся, огляд був корисним.