MeanWell PSC-160A-C, блок живлення на 160 Вт із функцією ДБЖ

Сьогодні в мене огляд не зовсім звичайного блока живлення. Головна його особливість, що вирізняє його серед тих, які я оглядав раніше, — функція джерела безперебійного живлення.


Блок живлення надіслав мені постійний читач Володимир, за що йому велике спасибі. Але надіслав він його не просто так, а "з нагоди": я подумав додати його до одного з електронних навантажень для тестування акумуляторів.

Загалом, раніше я вже мав справу з ДБЖ фірми Мінвелл, але старої серії, і можу сказати, що вони мені загалом дуже сподобалися — насамперед своєю надійністю, хоча потужність у них була не така вже й висока (55 і 155 Вт). Крім того, я сам робив різні подібні ДБЖ, а також публікував варіант перероблення звичайного блока живлення на 12–15 вольт у ДБЖ.
Фактично принцип роботи всіх перелічених варіантів цілком однаковий, трохи відрізняються лише реалізація та сервісні функції, наприклад індикація розряджання акумулятора й зникнення напруги в мережі.

Як і інші блоки Мінвелл, цей теж був у картонній коробці з невеликим віконцем, крізь яке видно, яка модель усередині.


Ця модель має два варіанти виконання: у кожусі та у вигляді плати з радіатором. Заявлено захист від перегрівання, перенапруги й перевантаження, а також від надмірного розряджання акумулятора.


Так само, як у попередніх моделей, є дві версії: на 13.8 і 27.6 вольта, тобто відповідно для свинцево-кислотної батареї на 12 і 24 вольти. Щоправда, раніше була ще версія AD-155C, 155 Вт, 53.5 В, а в серії PSC моделі з такою напругою немає.


А ось і "красень" — принаймні виглядає охайно.


Блок живлення змонтований на Г-подібному алюмінієвому шасі, закритому кожухом.


Для мого завдання краще підходила версія на 12 вольт, головно тому, що можна зробити компактнішу батарею, та й знайти плату захисту 4S простіше, ніж 8S, а збирати дві разом мені не хотілося. Власне, тому огляд буде версії на 12 вольт.
Заявлено, що блок живлення може видавати на основний вихід 13.8 В 7.6 А, а на вихід заряджання акумулятора — 4 А. Загалом, така потужність для мене замала, адже пристрій на піку споживає близько 160–180 Вт, а от струм заряджання акумулятора, навпаки, для мене завеликий. Я б радше віддав перевагу конфігурації 10.6/1 А, а не 7.6/4 А.


Якщо порівнювати зі звичайними блоками живлення, він може здатися доволі великим, але попередня версія була ще більшою: 200х110х50мм проти 152х76х37мм у того, який я оглядаю, хоча стара мала потужність 155 Вт. У цього заявлено 160 Вт.
Але, наприклад, в AD-155A для мене був зручніший баланс вихідних струмів: на виході — до 11.5 А, на заряджання — 0.5 А.


Більше інформації про розміри можна отримати з креслення.


З одного боку розташований роз'єм для підключення до мережі, з іншого — вихідні роз'єми: силові для навантаження й акумулятора та слабкострумові для виходів реле. Також біля вихідних роз'ємів є підлаштувальний резистор для встановлення вихідної напруги.

На відміну від багатьох китайських блоків для саморобок, тут вхід і виходи підключаються не клемниками, що може бути не зовсім зручно.


Тип використаних роз'ємів і призначення контактів можна побачити в таблиці.


Оскільки зовні нічого цікавого немає, знімаю кожух. Скажу, що гвинти, якими його кріпили, затягнули, як то кажуть, від душі. Крім того, кожух приклеїли силіконовим герметиком до силового трансформатора.


На вході є майже повноцінний вхідний фільтр, мабуть, бракує лише варистора. Діодний міст має радіатор, на який приклеєно ізолятор, що заодно не дає продавити кожух.



1. Транзистори й діод коректора притиснуті до шасі. Загалом компонування силового вузла дуже щільне.
2. Оскільки блок живлення має коректор коефіцієнта потужності, то на платі, крім трансформатора, є і дросель.
3, 4. При цьому дросель і трансформатор, судячи з усього, намотані літцендратом, на відміну від дешевих блоків живлення.


Вихідні транзистори встановлені на окремий радіатор, тут також розташовані три реле й запобіжник.


1. Транзистори синхронного випрямляча IRFB3607.
2. На виході встановлено чотири конденсатори 1000мкФ 25В, також є дросель для зниження рівня пульсацій.
3. Підлаштувальний резистор для коригування вихідної напруги.
4. Від самого початку мені не дуже сподобалося, як установлено запобіжник, а згодом виявилося, що його ізоляція ще й трохи пошкоджена, тож цілком можна притиснути кожух так, що станеться КЗ.


Також дивно, що виробник використав три різні реле: верхнє відповідає за сигнал розряджання акумулятора, середнє — за наявність мережі, а нижнє під’єднує та від’єднує акумулятор.


Ще під час огляду я звернув увагу на криво встановлений ізолятор на одному з транзисторів. Після зняття притискної планки він став на місце. Дрібниця, але виглядає не надто добре. З боку, протилежного до силових компонентів, на притискній планці є додатковий ізолятор. Хоч він і приклеєний, краще стежити, щоб його не загубити.


Як виявилося, вийняти плату не так просто: знизу приклеєна прокладка, тому плату треба піднімати вгору, а не зсувати, як спершу здавалося зручнішим. До того ж під час "фотосесії" ця прокладка постійно прилипала до столу, що створювало додаткові незручності.


Після розбирання роздивитися компоненти стало трохи простіше: діод і транзистор коректора — відповідно BYV29X і 20N60S1, транзистор інвертора — 65E6280.
Y-конденсатор на 2.2нФ, усі електролітичні конденсатори, крім вхідного, виробництва Rubycon.


Монтаж, як зазвичай, двосторонній, причому більшість компонентів розташована саме знизу.


"Гарячу" частину, на жаль, не перемальовував. Можливо, ще зроблю це, але креслення схем такої складності забирає чимало часу, якого, як завжди, бракує.


Тут установлено два контролери: NCP1608 і NCP1380. Перший відповідає за роботу активного коректора, другий — інвертора.
І не вперше зустрічаю, що ШІМ-контролери та силові транзистори розташовані на досить великій відстані один від одного. Особисто мені завжди здавалося, що чим ближче вони один до одного, тим краще.


У вихідній частині компонентів не набагато менше. Це зумовлено тим, що тут є не лише зворотний зв’язок за напругою, а й за струмом, а також кола захисту від перенапруги, надмірного розряджання акумулятора тощо.


За більшість функцій відповідають дві мікросхеми: TEA1761 — контролер синхронного випрямляча та зворотного зв’язку за струмом і напругою, а також AP4310 — здвоєний операційний підсилювач, поєднаний із джерелом опорної напруги; він керує реле.
Також тут є шунт на 20мОм, увімкнений у коло акумулятора.


У даташиті є блок-схема з основними функціональними вузлами, але, власне, нічого нового тут немає: у первинній частині — звичайний блок живлення з активним коректором і додатковим колом захисту від перевищення напруги на виході. Сигнал від вузла контролю у вихідній частині надходить через оптопару.
Окремий вузол контролю наявності мережевої напруги просто живиться від додаткової обмотки. У своїх ДБЖ я реалізовував це ще простіше: від тієї самої обмотки, що живила вихід, установлював додатковий діод і конденсатор малої ємності. Відповідно, коли інвертор зупинявся, зникало живлення і на виході цього випрямляча.



Якось я робив плату адаптера, що перетворює звичайний блок живлення на 12-15 вольт на ДБЖ. При цьому додавалася не лише функція живлення від акумулятора, а й заряджання в режимі СС/CV, захист від надмірного розряджання та переполюсування акумулятора.
Схема найпростіша і, звісно, за втратами трохи поступається фірмовим рішенням, але це компенсується простотою схеми.


Та й сама плата вийшла компактною, для підключення потрібно лише кілька дротів. Єдине — для потужніших систем достатньо встановити потужніше реле і, можливо, діод.


А тепер можна перейти до тестів.
Для початку я просто під’єднав блок живлення до мережі кабелем із відповідним роз’ємом. Такі кабелі в мене залишилися після перероблення моніторів домофонів для роботи з низьковольтними ДБЖ.

1, 2. Як і передбачалося, напруга на клемах навантаження й акумулятора однакова. Точніше, напруга на основному виході безпосередньо залежить від напруги на акумуляторі, оскільки вони з’єднані між собою, а сам блок живлення має спільне коло зворотного зв’язку. Відповідно, залежно від режиму роботи напруга на виході змінюється від 10 до 13.8 вольта.
3, 4. Підлаштувальним резистором можна змінювати напругу в досить широких межах, і це великий мінус, адже в реальному житті такий діапазон не потрібен і лише ускладнює регулювання.
5. Дуже повільно обертаючи резистор, я виставив на виході 13.5 вольта. Така напруга була мені потрібна, оскільки я планую підключати батарею з елементів LiFePO4, а для них напруга буферного режиму становить 3.35-3.40 вольта, або 13.4-13.6 на збірку. За середнє значення я взяв 13.5.
6. Споживання блока без акумулятора й навантаження становить близько 2.3-2.4Вт.

Є невелика відмінність від схеми, яку використовував я: у моєму варіанті, якщо підключити блок до мережі, але не підключати батарею, напруги на цих клемах не буде, тобто саме підключений належним чином акумулятор запускає реле. У розглянутому блоці напруга з’являється майже відразу, реле спрацьовує і без акумулятора, що підходить для акумуляторних збірок із платою захисту.



Разом із блоком живлення мені надіслали й потрібні роз’єми для підключення, але оскільки потрібна мені довжина проводів була невідома, я вирішив поки що їх не використовувати й просто припаяв проводи до плати. До виходу припаяв дві пари проводів: для навантаження та вимірювання напруги.


А от характеристика навантаження трохи здивувала: я очікував, що якщо батарею не підключено, то захист спрацює за сумою струмів навантаження та заряджання (7.6+4А), але насправді блок переходив у захист за струму 8.9-9А


Відповідно, ККД перевіряв до струму 9А, крок по горизонталі становить 0.5А. В описі було заявлено ККД на рівні 88%, і насправді вийшло приблизно так. Думаю, він був би й вищим, адже зі зростанням навантаження зростає і ККД (до певної межі), а навантажити так, щоб провести вимірювання, я міг лише на основному виході.


При цьому з підключеним і зарядженим акумулятором блок легко видав і 10А.


Якщо відключити живлення від мережі, то під час роботи від акумулятора блок також легко видає 10А. Щоправда, думаю, тут струм обмежений лише струмом запобіжника, тобто електронного захисту немає, хоча, можливо, варто спробувати й за більших струмів.
Загалом, украй незручне рішення — встановити звичайний запобіжник та ще й припаяти його до плати, адже в разі виходу з ладу замінити його буде досить складно.

На просідання напруги не зважайте: батарею було підключено довгими проводами, плюс проводи мультиметра.


Я не став тестувати вихід заряджання за допомогою навантаження в режимі CV, обмежившись тестом, на якому видно, що за струму 4-4.1А блок змінює режим роботи.


Амперметр показав, що струм заряджання становить майже рівно 4А, хоча в міру нагрівання трохи зростає. Струм споживання від батареї без мережі та з підключеним навантаженням становить 35мА.


Під час заряджання батареї за струму навантаження 9А навіть навантаження показало таку картину, а реле, що відключає акумулятор, постійно клацало.
Щоб цього не відбувалося, треба знизити струм навантаження хоча б до 8А, хоча тут теж з’ясувалися певні нюанси.


Для проведення термовипробування вирішив повністю розрядити акумулятор і подивитися на температурні режими протягом усього циклу, тобто повного заряджання акумулятора з нуля та переходу в режим роботи CV. Заодно перевірив напругу відключення під час розряджання акумулятора.
Реле захисту відключає батарею за напруги 10 вольт і не підключає її знову, доки не з’явиться мережа — принаймні, поки я чекав, цього не сталося. Приблизно за 10.5-10.6 вольта спрацьовує реле "акумулятор розряджений", але оскільки я використовую акумулятори LiFePO4, то між спрацюванням цього реле та відключенням минає дуже мало часу: за струму 8А це було близько 20-30 секунд, спеціально не засікав.
Так, використання LiFePO4 має певні особливості, оскільки в них інша крива розряджання. Я про це вже кілька разів розповідав.


Зібрав "стенд" і запустив тест.


1. Струм навантаження згідно з даташитом — 7.6А, струм заряджання акумулятора — 4А. Спочатку потужність від мережі становила близько 180Вт.
2. За зовсім короткий час споживана потужність почала падати, хоча за логікою мала б зростати. Причина виявилася простою: за такого струму заряджання напруга на батареї швидко піднялася до встановлених 13.5В, і струм заряджання почав падати. Довелося встановити порогову напругу 14 вольт.
3. Поступово потужність від мережі зростала, що цілком нормально: струм навантаження не змінюється, а напруга в міру заряджання зростає, відповідно, зростає вона й на виході, де струм також стабілізований. Максимум становив близько 188-190Вт.
4, 5. Трохи більше ніж за півтори години акумулятор повністю зарядився, напруга на виході піднялася до встановленого значення, а споживана від мережі потужність упала до 123 Вт. Після цього я ще приблизно 20 хвилин випробовував блок, щоб зрозуміти, як він поводитиметься, коли акумулятор уже заряджений.
6. Після від’єднання навантаження споживання становило 3–3,2 Вт, фактично відбувалося дозаряджання невеликим струмом, що свідчить про завершення процесу заряджання.


Оскільки тест тривав дві години, а контрольні вимірювання я робив кожні 20 хвилин, то отримав 6 результатів.
За термограмою видно, що найвищу температуру має трансформатор — понад 100 градусів. Але насправді поруч із ним нагрівався ще й діод, приблизно до такої самої температури, через що тепловізор перемикав позначку максимальної температури то на нього, то на трансформатор.


Через 1 годину 20 хвилин від початку тесту температура почала потроху знижуватися: позначилося те, що в міру заряджання падала загальна споживана потужність. Наприкінці температури стали більш прийнятними.


Цікаво, що, судячи з графіка в даташиті, для блока в кожусі температурні обмеження трохи жорсткіші, ніж для відкритого виконання, хоча, як на мене, шасі мало б ефективніше відводити тепло.
До речі, нижче показано підключення навантаження й акумулятора. Видно, що виробник рекомендує з’єднувати однойменні контакти роз’ємів паралельно, щоб зменшити струм через кожен контакт.


Температура різних ключових компонентів. Вихідну потужність розраховано орієнтовно, виходячи зі споживаної потужності та ККД 88%.



Осцилограми для режимів: без навантаження, 4 А, 8 А та 8 А + заряджання акумулятора.

Попри наявність дроселя, вихід досить "брудний": виробник заявляв пульсації 150 мВ п-п, у мене вийшло близько 200 мВ за струму 8 А і 250–270 мВ під час одночасного заряджання акумулятора. Причому, як видно з осцилограм, я враховував лише основну частину пульсацій, без коротких "голок". Звісно, можливий і взаємний вплив навантаження, БЖ та осцилографа, але експерименти показали, що якщо він і є, то не дуже значний.


Але насправді картина була ще гіршою, спробую пояснити.
Як я писав, блок живлення виявився дуже "музичним": іноді він пищав, дзижчав і видавав дивні звуки. Причому бувало й таке: наприклад, іде заряджання акумулятора, струм 7,2 А, усе нормально, торкаюся щупом осцилографа виходу (як і належить, спочатку земля, потім сигнал) — раптом починає свистіти. Забираю щуп, а він свистить далі, але за кілька хвилин свист трохи змінює тональність і поступово стихає.

Відповідно, отримав і "альтернативні" осцилограми, зняті під час такої дивної поведінки. Як ви розумієте, поведінка була непередбачуваною, тож знімав як міг. Зверніть увагу: першу осцилограму знято за 100 мВ/поділку, решту — за 200 мВ/поділку.
1. Початок заряджання акумулятора без навантаження на виході.
2. Початок заряджання + навантаження струмом 7,6 А, з’явився свист
3. Те саме, але струм навантаження знизив до 5 А.
4. Заряджання + струм навантаження 8 А за низької частоти розгортки.


Отже, підсумки.
Чесно кажучи, я дещо розчарований: після тестів у мене залишилося відчуття, що продукт сирий, хоча під час першого огляду враження були лише позитивні. Але спробую розповісти все по порядку.

Спочатку про хороше. Блок має пристойний ККД, хорошу якість виготовлення, не менш якісну елементну базу, цілий комплекс захистів, сигнальні виходи наявності мережі та розряджання акумулятора, а також захист від надмірного розряджання.

А тепер про погане (на мій погляд). Дуже дивна поведінка, періодичний свист, писк тощо. Крім того, досить сильне нагрівання, великий струм заряджання та незручне балансування його зі струмом на виході, великі пульсації, захист від переполюсування у вигляді впаяного запобіжника на 15 А (наявність електронного захисту ще перевірю), грубе регулювання вихідної напруги й, відповідно, напруги завершення заряджання.

Окремо скажу про великий струм заряджання. З появою літієвих акумуляторів, для яких струм 4 А за ємності батареї 4–8 А·год є звичним, багато хто, мабуть, уже відвик від того, що для свинцево-кислотних акумуляторів такий режим зовсім не нормальний. Наприклад, нещодавно я тестував фірмовий акумулятор на 9 А·год, і його максимальний струм заряджання становить 3,4 А, а в дешевих він часто дорівнює лише 2–2,5 А. Тож струм заряджання 4 А його просто вбиватиме.
При цьому в старої моделі струм заряджання становив 0,5 А, що, зі свого боку, навіть замало. Як на мене, оптимально — близько 1 А, а в ідеалі має бути можливість його регулювати, хай навіть ступінчасто.
Я планував знизити струм заряджання до зазначеного вище рівня, а вивільнену потужність знімати з основного виходу, але виявилося, що все не так просто: я можу знизити струм заряджання, але, судячи з навантажувальної характеристики, на основний вихід це ніяк не вплине... Поки думаю.

І, звісно, звичне запитання: а який час перемикання на акумулятор?
Відповідаю: у ДБЖ такого типу немає поняття "час перемикання" — фактично акумулятор постійно під’єднаний до виходу, а зарядний пристрій регулює режим роботи інвертора так, щоб і заряджати акумулятор, і забезпечувати потрібний вихідний струм. Власне, тому вихідна напруга безпосередньо залежить від напруги на акумуляторі.


На сьогодні в мене все. Якщо вдасться доопрацювати цей ДБЖ, то, можливо, доповню огляд або опишу це окремо.
Сподіваюся, це було корисно, і ще раз дякую Володимиру за можливість покопирсатися в цікавих пристроях.