Знову блок живлення, цього разу 24 В, 20 А і 480 Вт

Загалом блоки живлення мало чим відрізняються один від одного, але цього разу все пішло інакше: багато чого було не так, і про це я й розповім, виділивши ключові моменти. Думаю, це буде корисно.
Постараюся зробити огляд коротким, ну або принаймні не дуже довгим :)

Відмінності почалися ще з упаковки. Для початку в коробці було спеціальне «віконце», крізь яке видно наклейку з назвою БЖ — зручно.
По-друге, виявилося, що БЖ запаяний у плівку, чого раніше я теж не зустрічав.


Зовні блок живлення практично не відрізняється від попередньої моделі потужністю 360 Вт: ті самі розміри, така сама решітка вентилятора.


У своїх оглядах я майже завжди показую фото клемника. Почав я так робити після коментаря, у якому мені написали, що бувають БЖ, у яких кришка не відкривається повністю. І ось мені теж трапився такий блок. Пізніше з'ясувалося, що це можна виправити, але «з коробки» кришка повністю не відкривалася — незручно.


Маркування клем не у вигляді наклейки, а витиснене на кришці. Біля вентилятора також є попереджувальний напис.
Кришка досить тонка, в одному місці її навіть продавило.


Як і належить, є резистор для підлаштування вихідної напруги, а також світлодіодний індикатор роботи.
Блок живлення має маркування S-480-24. Вихідний струм — 20 А. Мабуть, я ніколи не зрозумію, навіщо БЖ маркують як LED Power supply. До чого тут світлодіоди, якщо БЖ універсальний? Мабуть, так вони краще продаються.
Є попереджувальна наклейка, а також перемикач 110/220 В.
БЖ випущений наприкінці 2016 року, можна сказати, що свіжий.


Коли я зняв кришку, то на деякий час навіть завис :) Нарешті щось відмінне від класичних БЖ на базі TL494, які вже набили оскому. Усередині майже порожньо, як то кажуть, це жжж... неспроста.
Корпус теж трохи відрізняється: зазвичай кришка кріпиться на шести гвинтах, а тут — на двох гвинтах і парі виступів угорі.


Щоб краще було видно різницю між «класичним» БЖ і цим, я зробив кілька фото для порівняння з попереднім БЖ на 12 В, 360 Вт.



Насамперед оглянув кріплення силових елементів. І хоча якщо транзистори або діоди стоять парами, то з імовірністю 99% проблем не буде, я все одно продовжую оглядати кріплення.
Транзистори й діоди притиснуті планками до алюмінієвого корпусу. Але теплорозподільних пластин немає, тобто силові елементи просто притиснуті до самого корпусу.
Зауважень немає, усе рівно й акуратно, навіть накидали теплопровідної пасти. Спочатку може здатися, що її аж надто багато, але насправді під елементами залишився зовсім тонкий шар.

Якщо уважно подивитися на друге фото, можна помітити маркування на друкованій платі. Судячи з нього, плату розробляли для БЖ потужністю 360 Вт.


Начинку охолоджує вентилятор діаметром 60 мм. На відчуття, досить продуктивний, утім, про це свідчить і співвідношення потужності до його розміру. Шумить не дуже сильно, але помітно.


Першим тестом буде вимірювання діапазону регулювання вихідної напруги.
1. Спочатку БЖ був налаштований на напругу трохи більшу за 24 В.
2. Мінімально можна виставити близько 14 В, але в такому режимі БЖ працює нестабільно. Довелося перемкнути тестер у режим відображення мінімальних і максимальних значень. Судячи з усього, у такому режимі БЖ недовантажений, ШІМ-контролеру бракує живлення, і він постійно перезапускається.
3. Стабільно БЖ починає працювати ближче до напруги 20 В.
4. Максимально вдалося виставити близько 27 В.
5. Виставляємо штатні 24 В і помічаємо дві речі. Регулювання досить грубе, незрозуміло, навіщо зробили регулювання аж від 14 В. Цілком могли звузити діапазон до 20–27 В — було б плавніше.
6. Але проблема в іншому: у міру прогрівання вихідна напруга трохи «пливе» вгору. Це можна помітити за параметром МАХ і часом поруч.


Раз уже вимірював напругу, то заодно виміряв ємність вхідних і вихідних конденсаторів.
Сумарна ємність вхідних — 313 мкФ, що замало для потужності 480 Вт. Із вихідними картина не краща — близько 7000 мкФ, теж хотілося б більше. Але, як я неодноразово зазначав, у брендових БЖ ємність вихідних конденсаторів приблизно така сама за подібних характеристик БЖ.


Тепер уже можна спокійно розібрати його й подивитися, які відмінності підготували для нас китайські інженери.


Перший «сюрприз» чекав на мене майже відразу. Ще під час розбирання я звернув увагу, що для кріплення плати передбачено п’ять місць під гвинти, а самих гвинтів лише чотири. Але бракувало не середнього, як зазвичай, а кутового.
Забігаючи трохи наперед, скажу: гвинт знайшовся, коли я випадково стукнув по платі вже ближче до кінця огляду. Імовірно, він лежав під трансформатором. Непорядок.


На вході блока живлення встановлено фільтр від завад, які потрапляють у мережу з боку блока живлення. Фільтр зібрано за типовою для таких БЖ схемою.


1. Перед фільтром встановлено запобіжник і пару термісторів для обмеження пускового струму. Іноді мене запитують, навіщо в таких БЖ позначають фазу й нуль. Річ у тім, що в БЖ є один запобіжник, і зазвичай він стоїть у фазному проводі. Відповідно, у разі виходу БЖ з ладу електроніка не лише знеструмиться, а й не перебуватиме під фазною напругою.
2. Далі йдуть конденсатор для придушення завад і двообмотковий дросель, намотаний досить товстим дротом.
3. Усі конденсатори для придушення завад, що впливають на безпеку, застосовано правильного типу Y2. У фільтрі використано лише один звичайний високовольтний конденсатор, але його застосування не знижує рівень безпеки.
4. Діодний міст зібрано з чотирьох діодів 1N5408, що, на мій погляд, не дуже добре за такої потужності. Ситуацію рятує лише активне охолодження. Зате поруч видно місце для встановлення конденсатора. Туди можна встановити конденсатор на напругу 400-450 Вольт, і він «допомагатиме» вже встановленим.


Незвично виглядають чотири фільтрувальні конденсатори замість звичних двох. На корпусі є логотип відомої фірми, але не спокушайтеся — це не фірмові конденсатори. Зовні це помітно за нерівною термоусадкою у верхній частині корпусу.
Заявлена ємність фільтра — 470мкф, схема з’єднання — 2S2P, фактична ємність — 313мкФ. Не думаю, що справжні фірмові конденсатори мали б такий розкид, та й габарити говорять самі за себе.


Цікаво, що трансформатор приблизно такого самого розміру, як і в попередньому БЖ на 360 Ватт. Але оглядуваний БЖ працює на частоті, удвічі вищій, ніж попередній.


1. Цього разу застосовано польові транзистори, а не звичні за попередніми оглядами біполярні. Транзистори IRFP460, але, судячи із зовнішнього вигляду, вони відрізняються, що може свідчити про те, що вони були у вжитку. Адже на нормальному виробництві транзистори зазвичай з однієї партії, не кажучи вже про їхній зовнішній вигляд.
2. Приблизно така сама картина і з вихідними діодними збірками. Обидві мають маркування 43CTQ100, але зовні вони різні.
3. Вихідний дросель намотано чотирма дротами, він відносно невеликий, особливо порівняно з попередніми моделями БЖ, які я оглядав.
4. Вихідні конденсатори невідомого виробника, напруга — 35 Вольт, ємність — 2200мкФ.

Вихідного дроселя для придушення завад, як і зазвичай, немає. Та й загалом у потужних БЖ (принаймні китайських) він трапляється вкрай рідко.
Поруч із конденсаторами розташований потужний резистор, «завдяки» якому під час прогрівання вихідна напруга «пливе».


Зазвичай в оглядах я оглядаю друковану плату й найчастіше пишу: плата чиста, паяння акуратне. Але не цього разу — тут усе навпаки.


Але, крім усього іншого, мене здивувало трасування друкованої плати. Найчастіше рекомендують розміщувати силові вузли якомога ближче один до одного. Точніше кажучи — пов’язані між собою силові вузли.
У цьому випадку ми бачимо купу довгих доріжок від силових транзисторів до трансформатора. Паралельно їм проходить доріжка живлення, а також спільний провід. На мій особистий погляд, таке рішення не дуже вдале й загрожує сильними завадами в радіоефірі. Ситуацію рятує лише повністю металевий корпус блока живлення, який рекомендується заземлити.


Вихідна частина здебільшого складається з повністю залуджених полігонів, що правильно за таких струмів.
Але якщо подивитися трохи нижче, побачимо жменьку радіодеталей — це елементи кола зворотного зв’язку. З іншого боку плати, просто над ними, розташований навантажувальний резистор (я позначив його на фото), який помітно нагрівається. Нагрівання впливає на компоненти, і напруга «пливе» — не допомагають навіть точні резистори. У цьому випадку це не страшно, бо відхилення невелике, але воно є. Перфекціоністи можуть просто підняти резистор над платою і заодно зменшити нагрівання розташованого поруч електролітичного конденсатора.


А от за резистори під мережевим фільтром — дякую. Мало того, що резистори встановлено щонайменше парами, так у колі живлення ШІМ-контролера їх аж чотири. До того ж резистори є і до діодного моста, і після нього. Перші розряджають вхідний конденсатор придушення перешкод, другі — конденсатори фільтра живлення.


БЖ побудований на базі популярного ШІМ-контролера UC2845, тож виходить, що БЖ однотактний. Ще одна важлива відмінність, адже попередні були на базі TL494. По суті, обидва ШІМ-контролери розробили приблизно в один час, тому нині вони є найкласичнішими серед тих, що застосовуються в БЖ. Ця особливість є перевагою, адже такі БЖ простіше ремонтувати.


Не обійшлося й без косяків. Узагалі китайський БЖ і косяки — брати навік, змінюється лише їхній рівень.
У цьому випадку одразу виявився неприпаяний вивід снабера одного з вихідних діодів — не дуже добре.
Крім того, по всій платі видно дрібні кульки припою, а також сліди паяння у ванні. Ці сліди можуть або взагалі ні на що не вплинути, або просто вигоріти під час першого ввімкнення й так само ні на що не вплинути, або вивести БЖ з ладу. Недоліки виправити дуже просто, але технолог на виробництві явно дарма отримує зарплату, якщо він там узагалі є.


Блок живлення з такою схемотехнікою я ще не оглядав, тому подвійно цікаво було накреслити його схему. Якщо на фото здається, що деталей у ньому зовсім мало, то, дивлячись на схему, це відчуття зникає.


Далі я розбив схему на умовні вузли, кольори можуть бути малоконтрастними, вибачте, вибір невеликий.
1. Червоний — силова високовольтна (гаряча) частина
2. Синій — вихідна низьковольтна (холодна) частина, вузол зворотного зв’язку та схема живлення вентилятора.
3. Зелений — ШІМ-контролер і його штатна обв’язка.
4. Помаранчевий — імовірно, вузол плавного запуску та захисту від КЗ на виході.
5. Невідомий мені колір — діод біля трансформатора, вузол захисту від насичення трансформатора.

Номінали й позиційні позначення здебільшого відповідають дійсності, але номінали деяких SMD-конденсаторів указано приблизно, оскільки я не випаював їх із плати.


Цей БЖ побудований за однотактною прямоходовою (Forward) схемотехнікою, тоді як поширеніші малопотужні однотактні БЖ будують за однотактною зворотноходовою (Flyback) схемотехнікою.
На блок-схемі я виділив кольором вузли прямоходового перетворювача (праворуч), яких немає у схемі зворотноходового (ліворуч). У прямоходовому додано діоди, 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.


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


Зазвичай прямоходову схему використовують за великих потужностей, а зворотноходову — за малих. Це зумовлено тим, що в зворотноходовій схемі трансформатор має зазор, і його розміри починають ставати суттєвими; крім того, контролювати викиди складніше, а схема може працювати менш стабільно.

Але й у потужних прямоходових схем вистачає складнощів. У цьому випадку до схеми додано додатковий діод і обмотку трансформатора. Це коло потрібне для захисту трансформатора від насичення за нештатних ситуацій (наприклад, КЗ у навантаженні). У кольоровому варіанті схеми цей вузол позначено «невідомим кольором».
Цитату з описом цього вузла взято звідси (увага, можлива нав’язлива реклама).

Ця схема має кілька суттєвих недоліків. По-перше, робота з однополярними струмами в обмотках трансформатора потребує заходів для зменшення одностороннього намагнічування осердя. По-друге, під час розмикання ключа енергія, накопичена в індуктивності намагнічування трансформатора, не може «розрядитися» самостійно, оскільки всі виводи трансформатора «висять у повітрі». У цьому випадку виникає індуктивний викид — підвищення напруги на силових електродах ключового транзистора, що може призвести до його пробою. По-третє, коротке замикання вихідних клем перетворювача обов’язково виведе силову частину з ладу, отже, потрібні ретельні заходи захисту від КЗ.

Недолік, пов’язаний із намагнічуванням осердя однополярними струмами, властивий усім однотактним схемам, і з ним успішно бо-рються, вводячи немагнітний зазор. Для боротьби з перенапругами використовується додаткова обмотка, що «розряджає» індуктивний елемент у фазі холостого ходу струмом г3, як показано на рисунку




Щоб не перевантажувати читачів непотрібною інформацією, зав’язую з теорією і переходжу до практики, а точніше — до тестів.

Тестовий стенд стандартний для моїх оглядів і складається з:
1. Електронне навантаження
2. Мультиметр
3. Осцилограф
4. Тепловізор
5. Термометр
6. Ватметр, огляду немає.
7. Ручка олівець і папірець.


Уже на холостому ходу є невеликі пульсації, у цьому випадку некритичні.


Для тесту використовувалася комбінація резисторів і електронного навантаження.
1. Спочатку було підключено два резистори, які забезпечували струм навантаження близько 4.8 Ампера, електронне навантаження додавало навантаження до 5 Ампер.
На мій погляд, пульсації завеликі для 25% навантаження.
2. Та сама пара резисторів зі струмом 4.8 Ампера + 5.2 на електронному навантаженні, разом 10 Ампер.
Пульсації понад 100мВ, вихідна напруга трохи піднялася, що хоч і є побічним ефектом, але в цьому випадку корисним.


1. Два резистори 4.8 Ампера + 10.2 на електронному навантаженні, разом 15 Ампер.
Пульсації зросли, причому досить суттєво. На осцилографі встановлено 50мВ на поділку, щуп у положенні 1:1, далі можете порахувати самі.
Вихідна напруга ще трохи піднялася.
2. На додачу до двох навантажувальних резисторів додав третій, разом вийшло 7.2 Ампера + електронне навантаження 12.8, загалом струм навантаження становив 20 Ампер.
Пульсації ще зросли й стали дуже відчутними, за встановленої межі вимірювання екрана осцилографа ледве вистачає.
Вихідна напруга також трохи піднялася, але зазначу один момент. Вище я писав, що в міру прогрівання напруга зростає, а під час тесту напруга стояла стабільно. Коливання, якщо й були, то в межах останнього знака. Тобто підняли струм навантаження — напруга піднялася й не змінюється до наступного етапу тесту, тож тут плюс.


Вимірювання ККД уже стало невіддільною частиною моїх тестів БЖ, не оминув я увагою й цей екземпляр, тим паче що він має іншу схемотехніку.
У підсумку в мене вийшло:
Вхід — Вихід — ККД.
7.1 — 0 — 0
144 — 120 — 83,3%
277 — 240 — 86,6%
414 — 360 — 86,9%
556 — 480 — 86,3%

На мій погляд, ККД досить пристойний, кращий, ніж у попередніх БЖ, огляди яких я робив.


Тепер щодо температури та її розподілу між елементами.
Найбільше нагріваються вхідний діодний міст і трансформатор, але в обох випадках температура далека від критичної, тому цілком можу сказати, що БЖ міг би видати й 550-600 Ватт. Особливо відзначу низьку температуру силових транзисторів: вони не нагрівалися вище 52 градусів навіть за максимальної потужності.
Тест проходив стандартно: 20 хвилин прогрівання на 25% потужності, потім 20 хвилин на 50% тощо. Загальний час тесту становив близько півтори години, оскільки останній тест я вирішив трохи продовжити.
Загалом не мало значення, скільки б я тестував цей БЖ, адже термостабілізація пристроїв з активним охолодженням настає дуже швидко, і що через 20 хвилин, що через годину температура буде майже незмінною. У БЖ із пасивним охолодженням цей час значно більший, тому я намагаюся тестувати їх довше.


Але не обійшлося й без однієї не дуже приємної дрібниці, властивої блокам живлення з активним охолодженням. Річ у тім, що нормальна температура компонентів підтримується переважно завдяки постійному потоку повітря всередині корпусу. Коли я знімав кришку для тестів, то помічав швидке зростання температури. На жаль, ця особливість властива всім БЖ з активним охолодженням, і за навантаження понад 50% робота із зупиненим вентилятором зазвичай закінчується сумно.

Найчастіше таке трапляється через перегрівання силового трансформатора. Я часто наголошую на важливості контролю температури саме трансформатора, адже за нагрівання вище певної температури ферит втрачає свої властивості.
Якщо пояснити «на пальцях», то відбувається ось що:
Уявіть собі насос (транзистори інвертора), схему керування (ШІМ-контролер), балон (трансформатор) і клапан (вихідні діоди).
Насос качає воду (припустімо) в балон, потім пауза, вихідний клапан зливає воду, потім цикл повторюється.
Що більшої потужності потрібно, то більше води ми качаємо в балон. Але тут стається перегрівання, об’єм нашого балона зменшується в 5 разів, а схема керування про це не знає й намагається качати, як і раніше. Оскільки балон став меншим, насос починає працювати з великим перевантаженням, а далі можливі два варіанти: або лусне балон, або згорить насос. Оскільки балон дуже міцний, згорає насос, найчастіше прихопивши із собою схему керування та запобіжник.
Тому важливо стежити не за транзисторами, температура яких може сягати навіть 150 градусів, а за трансформатором, для якого гранична температура становить 110–120 градусів.

Блок живлення не має контролю роботи вентилятора й термозахисту, тому в разі його зупинки (пил, заклинювання) блок, найімовірніше, згорить. Таке трапляється з багатьма блоками живлення, тому важливо стежити за станом системи охолодження.

На фото видно, як зростає температура трансформатора: буквально за 20 секунд вона піднімається з 92 до 100 градусів при знятій кришці. Насправді спочатку температура була нижчою — просто вона встигла підрости, поки я відкрив кришку й зробив перше фото.


Зате під час тесту навантажувальні резистори добряче нагрілися: температура сягала близько 250 градусів навіть за обдування. Температура електронного навантаження була значно нижчою, хоча на ньому розсіювалося майже вдвічі більше потужності. Зате після останніх тестів у моєму навантаженні зрештою підгорів один із термовимикачів, і воно намагалося вимкнутися набагато раніше, ніж досягало перегрівання. Ніяк не візьмуся за нову версію.


Висновки.
Не буду розписувати переваги й недоліки, а спробую коротко підсумувати те, що побачив.
Блок живлення пройшов тест під повним навантаженням, нагрівання було в межах норми й навіть нижче, тож можна припустити, що він нормально працюватиме й за помітно більшої потужності.
Але якість виготовлення сильно кульгає, також засмучують занижена ємність вхідних конденсаторів і низька якість вихідних. Цей пристрій більше схожий на конструктор для складання нормального БЖ, але укомплектований абияк.

Виходить, з одного боку, сварити його не хочеться, адже БЖ працює, і працює нормально, а з іншого — дрібниці на кшталт крапель припою, гвинтика, що випадає, тощо потребують «доопрацювання напилком».

Магазин надав купон для огляду — S480power, з ним ціна становить $22.99. На мій особистий погляд, навіть із такими недоробками ціна цілком адекватна. Якщо вас не лякає перспектива перевірки й доопрацювання, то цілком нормально. Якщо хочете варіант «купив і користуйся», краще взяти Mean Well, але ціна буде вищою. Купон діятиме два тижні.

На цьому все, як завжди, чекаю на запитання й коментарі. А на мене чекає блок живлення потужністю 600 Вт.