MeanWell LRS-200-12, огляд і доопрацювання

Цей огляд чи стаття — кому як зручніше — є продовженням опису доопрацювання блока живлення, щоб отримати низьковольтний ДБЖ. Минулого разу йшлося про БЖ на 150 Вт, і я скаржився, що LRS-150 виявився не надто придатним для цього. Ну що ж, подивімося, як справи з його старшим братом.

Нагадую: щоб завжди 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

Цей блок живлення, як і LRS-150, виконаний у безвентиляторному варіанті. Частково саме тому я й хотів переробити саме його, але все виявилося набагато цікавішим.


У цій серії аж вісім моделей із різною напругою. Переважно це стандартний ряд: 3.3, 5, 12, 15, 24, 36 і 48 вольт, але є й незвична модель на 4.2 вольта. Справедливості заради варто сказати, що й БЖ на 15 вольт не зовсім вписується у стандартний ряд 12-24-36-48, але трапляється досить часто. А от 4.2, хоч і, очевидно, відповідає одному літієвому елементу, зустрічається набагато рідше.
Дані з оригінального даташита.


На одному з торців установлено клемник: вхід живлення та вихід. Вихідних клем по три на кожен полюс. Поруч є підлаштувальний резистор і світлодіодний індикатор роботи блока живлення — загалом усе звично.
Товщина така сама, як у LRS-150. На одній із бічних граней є перемикач вхідної напруги, тільки тут для нього зробили отвір, а у версії на 150 Вт він був під кожухом.


Розміри блока живлення.


Подивімося, що всередині. Для цього спочатку знімемо перфорований кожух.


На цьому етапі я сказав: «Та це ж LRS-350!» І таки так, зовні це справді саме LRS-350, який я оглядав деякий час тому. Буквально один в один.


1. Вхідний фільтр, чесно кажучи, якийсь куций. У LRS-150 він виглядав куди солідніше.
2. Вхідний фільтр також реалізовано на двох конденсаторах, паралельно кожному з яких установлено варистор. Вони більші, ніж у LRS-150, але там був ще й варистор на вході, а тут його немає.
3. Пара термісторів і пара варисторів.
4. Транзистори притиснуті до корпусу, який водночас виконує роль радіатора. Резистори вимірювального шунта — 0.39+0.39 Ома, тобто загалом близько 0.2 Ома. У версії на 350 Вт, здається, було два резистори по 0.22 Ома.


1. На відміну від LRS-150, цей блок, як і версія на 350 Вт, виконаний за прямоходовою схемою. Про це свідчить наявність великого накопичувального дроселя поруч із трансформатором. Вихідних діодних збірок три.
2. Поруч із діодними збірками видно струмопровідні шини, що дублюють доріжки на платі.
3. Вихідні конденсатори такі самі, як у версії на 150 Вт, але тут їх три. Не дивуйтеся: це зумовлено топологією блока живлення. У блоках із прямоходовою топологією ємність вихідних конденсаторів може бути суттєво меншою.
4. А ось і пояснення: на платі є маркування LRS-350, тобто маємо справу з уніфікацією. Щоправда, на платі також зазначено номінал запобіжника, де згадується і версія на 200 Вт.

Якщо спростити, то це той самий LRS-350, але без вентилятора і, відповідно, вузла керування ним, а також зі зміненими номіналами деяких компонентів.


Ще одна відмінність прямоходової однотактної топології від зворотноходової полягає в тому, що трансформатор має менші розміри. Для прикладу, трансформатори у версіях на 200 і 150 Вт мають приблизно однаковий розмір. Це зумовлено тим, що в БЖ із прямоходовою топологією немає зазору в магнітопроводі, унаслідок чого за інших рівних умов він має більшу потужність..


Спочатку вихідна напруга була трохи завищена, повний діапазон регулювання становить 9.7-14.1 вольта. Регулювання здалося плавнішим, ніж у LRS-150, хоча діапазон регулювання приблизно такий самий. Можливо, тут просто так випадково вийшло.


Стабілізація в діапазоні навантажень 0-20А (0-115%) чудова.


Перевантажувальна здатність — близько 120%. Провів два тести, різниця була в межах похибки.


Далі провів звичний тест із термопрогріванням і контролем зміни напруги залежно від температури. Якихось чітких інтервалів не дотримувався, але довів до тривалого навантаження в 20А, загальний час тесту — близько 1 години 40 хвилин.
1. Без навантаження, БЖ трохи прогрітий.
2. Після тесту спочатку струмом 6А, потім струмом 12А, загалом близько 50 хвилин.
3. Після тесту струмом 17А, а потім і 20А, увесь інший час.
4. Гарячий БЖ одразу після зняття навантаження
5. Через 10 хвилин після вимкнення навантаження, живлення з БЖ не знімалося.
6. Ще через 40 хвилин у вимкненому стані.

Можу сказати, що, на відміну від ідеальної стабілізації напруги залежно від навантаження, тут маємо позитивну залежність напруги від температури. Вона незначна, близько 20мВ, і зовсім не критична, але все ж таки.


До речі, у даташиті графіки для блоків живлення з напругою 3.3-5 вольт наведені окремо. Це зумовлено нижчим ККД і, відповідно, гіршим тепловим режимом.


Температури за струмів навантаження 12, 17 і 20А


Окремі вузли за струму навантаження 20А
1. Вихідний дросель помітно нагрівається.
2. А от із трансформатором усе гаразд, є запас на підвищення температури повітря.
3. Транзистори інвертора, я б сказав, навіть особливо не нагрілися, на відміну від резисторів захисту від перевантаження.
Ще досить помітно нагріваються термістори — приблизно до 110-115 градусів.


Плату спеціально не виймав із корпусу до проведення термопрогрівання, зате тепер це можна зробити.
Одразу зазначу, що на діодних збірках і транзисторах є термопаста — і зовні ковпачка/ізолятора, і всередині.


Плата така сама, як у моделі на 350 Вт, про це я вже писав.


Гаряча сторона, тут усе однакове.


У вихідній частині зміни можуть стосуватися лише того, що БЖ на 350 Вт був на 48 вольт, а цей — на 12, відповідно, скориговано номінали деяких компонентів.


Вихідна частина, на мій погляд, трохи зручніша для перероблення, ніж у моделі на 150 Вт.


Вхідний діодний міст, транзистори, діодні збірки.
Вхідні конденсатори тут на 330мкФ, у моделі на 350 Вт були на 560мкФ, що цілком логічно. А оскільки їхній діаметр однаковий, у цього БЖ ще є вільне місце.


Зрозуміло, схему не перемальовував, не бачу в цьому сенсу: здебільшого вона повторює схему версії на 350 Вт.


А тепер переходимо до доопрацювання. Цього разу я трохи доопрацював схему й друковану плату, причому зробив дві плати. Одна розрахована на встановлення запобіжника у стандартний тримач, але, забігаючи наперед, скажу, що краще ставити маленькі запобіжники у виконанні SMD: їхній опір значно менший. Я показував це ще на прикладі ДБЖ від Мінвела.


Крім того, оскільки вихідний струм тут більший, застосував інше реле. Я виходив із того, що БЖ буде приблизно в півтора раза потужнішим за попередній, а отже, розраховуємо на вихідний струм 12А і струм заряджання 3А, разом 15А, що за напруги 13.8 вольта дає 207 Вт.
Нагадаю, що БЖ розрахований на 17А, але оскільки ми підвищуємо напругу, потрібно пропорційно знизити вихідний струм. Так і отримуємо ліміт у 15А, який уже розподіляємо між вихідним струмом і струмом заряджання. Відповідно, можна зробити, наприклад, вихідний струм 10А, струм заряджання 5А або струм заряджання 1А — тоді вихідний буде 14А.

Усе вперлося в реле: ті, що є в мене вдома, розраховані максимум на 10А, довелося шукати, яке найбільше можна знайти в такому розмірі. Знайшов HLS8L-DC12V-S-A і коштує недорого, близько 50-60 центів.

Для цього реле заявлено струм 15А. За посиланням вище даташита немає, але він є в описі реле HLS8L-DC12V-S-C, яке відрізняється конфігурацією контактів.
Судячи з даташита, це реле має одну групу нормально розімкнених контактів і витримує тривалий струм до 12А, тоді як інші варіанти виконання розраховані лише на 10А. Короткочасний струм однаковий — 15А.
Але на корпусі реле максимальний струм зазначено як 10А, що трохи дивно: виходить, даташит суперечить реальності чи навпаки? На мій погляд, даташит має пріоритет.

У будь-якому разі, інших реле на такий струм і в такому формфакторі я знайти не зміг. Було одне трохи вище, але тоді воно нормально не влізло б у корпус — це я пам’ятаю ще з переробки версії на 150 Вт. Решта реле мали зовсім інший формфактор.


У схему внесено невеликі доповнення: важливо встановити захисний стабілітрон VD8 на 12-15 вольт, оскільки через стрибки напруги може вийти з ладу TL431. Загалом цей вузол мені не дуже подобається, думаю змінити його в майбутньому.
Ланцюг автозапуску (позначений зеленим) я не розпаював.


Після складання вийшли дві невеликі платки, майже всі компоненти розпаяні з боку друкованих провідників, зверху — лише реле, конденсатор і пара TL431. Можливо, «ТЛки» теж переїдуть на інший бік.


Плати у Sprint, друга плата помітно збільшилася завширшки через запобіжник, але, як я писав, зрештою встановив маленький SMD 1206.


Тут із місцем явно краще: зверху довелося лише перенести один конденсатор, а на платі адаптера — одну з TL431 на зворотний бік, бо вона заважала конденсатору між землею та загальним проводом блока живлення.


Нагадаю, що всі операції з установлення плати, розрізання доріжок тощо виконуються лише для того, щоб отримати функціонально завершений пристрій. Якщо це здається складним або необов’язковим, набагато простіше під’єднати плату безпосередньо до виходу блока живлення. Тоді до блока живлення потрібно буде додатково під’єднати лише один провід — ланцюг зворотного зв’язку за струмом. Нічого різати чи переробляти не потрібно.
Але мені такий варіант здається незручним і неестетичним.


Для кріплення плати адаптера свердлимо отвір 2.3мм і нарізаємо різьбу М3. Якщо робити так, як робив я, свердлити треба саме в певному місці, щоб усе вмістилося.


Також потрібно під’єднати силові проводи. Червоним позначено місця, де свердлити потрібно обов’язково, зеленим — де можна або просвердлити отвір, або припаяти до силової шини. Зрештою я вибрав другий варіант.


Відповідно, знизу зачищаємо контакти від захисного покриття, а потім лудимо.


В одному місці я припустився помилки, причому двічі.
Мені потрібно було відокремити плюсовий контакт клемника від решти схеми, але я не помітив, що з ним з’єднаний резистор, тож зрештою довелося з’єднати його перемичкою. Можна було не дорізати одну доріжку до кінця — тоді перемичка не знадобилася б. А можна зробити, як на фото: суть не зміниться. Головне, щоб цей резистор був з’єднаний, як показано на фото. Це зворотний зв’язок за напругою блока живлення, його перерізати не можна.


До одного з оптронів припаюємо провід зворотного зв’язку за струмом.


На схемі це контакт, позначений стрілкою. Хоча, коли я продзвонював плату, виявилося, що між оптроном і TL431 є резистор, але це зовсім не принципово: провід зворотного зв’язку за струмом під’єднується до цього контакту оптрона.


Далі беремо стійку завдовжки 15мм, шайбочку завтовшки близько 0.5мм, бо реле трохи вище за 15мм, і гвинтик. Заодно я наклеїв на реле шматочок двостороннього скотчу.
Встановлюємо стійку, заодно припаюємо до шини провід або вивід якогось компонента. Краще взяти щось із великим перерізом, бо через нього відводиться частина тепла від резисторів шунта плати адаптера. Якщо робити, як я, плата адаптера просто надягнеться на цей вивід, ну а потім, звісно, його треба буде припаяти :)


Силові проводи під’єдналися дзеркально. Оптимальніше було б установити плату друкованими провідниками донизу, але тоді вона просто не влізла б.
Можна використовувати проводи перерізом 1.5мм, я взяв із запасом — 2.5мм.


Відповідно, місця під’єднання силових проводів розташовані знизу плати.


Конструкція хоч і має складний вигляд, але насправді має лише 5 точок підключення, і водночас вдалося вкластися в загальну товщину блока живлення, ще й із невеликим запасом.


Можна переходити до налаштування та перевірки.
Спочатку виставляємо вихідну напругу. Робити це треба на вихідних клемах — тепер це клеми 2, 3 (плюс) і 4, 5 (мінус). Регулюємо без акумулятора, виставляємо 13.80 вольта. До речі, тут напруга теж виставилася без проблем, щоправда, потім трохи знизилася, але це не принципово.
Після налаштування можна підключати акумулятор — він підключається до клем 1 (плюс) і 6 (мінус). Акумулятор був майже заряджений, і після подавання живлення навіть засвітилися світлодіоди балансира, хоча, як я писав у його огляді, тоді вони чомусь не хотіли світитися.


Трохи тестів. Спочатку оцінимо падіння напруги на ділянках схеми.


Струм 8 А, падіння напруги на ділянках —
Вхід-вихід по плюсу
Вхід-вихід по мінусу
Шунт
Реле
Запобіжник


Те саме, але струм 10 А


І максимальні 12 А


Результати у вигляді таблиці порівняно з MeanWell PSC-160A-C
За струму 10 А перероблений LRS-200 має сумарне падіння 0.178+0.095=0.273 вольта, а в переробленого PSC-160A-C воно становить 0.227 — трохи менше. Думаю, це через те, що в PSC-160A-C немає дротів, а все розміщено безпосередньо на платі, або, як варіант, через якісніше реле.
До речі, реле краще вмикати під навантаженням, а не «на холодну», тобто спочатку воно вмикається, а вже потім починає текти струм.


Температура плати за струму 10 і 12 А. На жаль, за 12 А довго тримати не зміг, бо транзистори на платі захисту швидко нагрівалися. Навіть після відносно коротких тестів температура була близько 155 градусів.


Акумулятор був майже заряджений, тому, щоб виміряти струм заряджання, довелося його розрядити. Встановив розряджання струмом 8 А, заодно перевірив точність налаштування струму й навіть здивувався: заданий струм відповідає реальному навіть через кілька років після калібрування :)
Після розряджання ввімкнув живлення й перевірив струм заряджання — він становив близько 3.3 А, що приблизно відповідає розрахунковому значенню.


А тепер тривалий тест у максимальному режимі: струм навантаження на виході — 12 А, водночас заряджається акумулятор, тож потужність перевищує 200 Вт.


Тест почався приблизно о 14-й годині, тому термознімки зроблені через 15, 27 і 37 хвилин. Далі блок живлення працював так ще близько трьох годин, але струм заряджання знизився, температура майже не змінювалася, тож вимірювань я не проводив.


Завершення термопрогону. Тут заради цікавості я підключив світлодіод індикації завершення заряджання: він світиться під час заряджання й гасне після його завершення, а точніше — коли струм падає приблизно до 0.55 А. Гасне не відразу, а поступово, у діапазоні близько 0.58–0.54 А. Можна зробити так, щоб він гаснув різко, але не бачу в цьому сенсу.
Напруга на виході в прогрітому стані після повного заряджання становила 13.813 вольта. Можна трохи знизити, але не бачу сенсу.


Щоб захистити друковану плату від замикання на корпус, накрив її шматочком пластику з якоїсь блістерної упаковки.


Обидва блоки живлення перероблено


А тепер коротко про висновки.
Однозначно рекомендую цей блок живлення, як і попередній LRS-150, — жодних претензій до них у мене немає.
Для перероблення LRS-200 підходить краще, і, судячи з усього, підійде також LRS-350. Єдине — треба подивитися, чи не заважатиме там вузол керування вентилятором. В іншому все встановлюється досить зручно. Щоправда, є проблема з реле: воно не витримає великого струму. Або витримає, якщо йдеться про версію блока живлення на 24 вольти, або, як ще один варіант, потрібен великий струм заряджання.

На сьогодні поки що все. Сподіваюся, було корисно. Якщо є запитання чи уточнення — запитуйте, постараюся відповісти. Також буду радий побажанням і порадам.