Блок питания 12 Вольт 3 Ампера для систем контроля доступа

В последнее время довольно большое количество моих обзоров начинаются словами — некоторое время назад я выкладывал обзор…
На этот раз точно такая же картина, у меня был обзор блока питания для СКУД, только в тот раз это был вариант 12 Вольт 5 Ампер с функцией блока бесперебойного питания, а в этот раз упрощенный вариант.
Впрочем подробнее можно узнать в самом обзоре.


Для начала пару слов о том, зачем нужен такой хитрый блок питания и почему в предисловии была аббревиатура СУКД.
Многие наверное видели двери с электронными замками, в подъездах, офисах, частных домах и т.п. В простейшем виде подобная система состоит из замка (электромагнитного или электромеханического), контроллера, считывателя (ТМ, RFID, дактилоскопический и т.п.) и блока питания.
Вместе они образуют СКУД — Система Контроля и Управления Доступом. К подобной системе также можно подключить выход от домофона чтобы по его команде просходила разблокировка замка.

Пару слов о замках и почему одни блоки питания имеют функцию блока бесперебойного питания, а другие нет.
Если вы применяете электромагнитный замок, то чтобы при пропадании электричества он продолжал держать дверь, надо иметь бесперебойное питание. Такой замок вы можете увидеть в двери подъезда, обычно он стоит или в самом верху, или в районе ручки и часто скрыт.
Электромеханический замок не требует постоянного питания, так как по сути представляет собой обычную защелку. Часто думают, что электромагнит приводит в действие язычок защелки (хотя такие системы также существуют), но обычно все немного не так. Внутри замка скрыт механизм, который взводится когда вы закрываете дверь и удерживается взведенным до срабатывания механизма открывания. Разблокировать его можно обычно тремя способами — поворот ключа, нажатие на кнопку замка (механическую), электромагнитом по внешней команде. В принципе есть еще четвертый способ, резкий сильный удар в районе замка, но срабатывает он далеко не всегда.
Механизм разблокировки сдвигает маленький механизм внутри замка, а дальше мощная пружина отводит основную защелку. Чтобы привести все в исходное состояние, надо приоткрыть и опять закрыть дверь.

Собственно к чему я все это написал, в прошлый раз я показывал блок питания с возможностью подключения аккумулятора, сегодня же упрощенная версия, которую я планировал простым способом доработать для применения с аккумулятором, но не срослось.

Как и в прошлый раз, поставляется набор в пакете, где лежит еще один пакет с радиопультами, а также картонная коробка с блоком питания.


Как и в прошлый раз, есть три варианта комплектации, с одним пультом, двумя и четырьмя. Я заказывал вариант в максимальной комплектации.
1. Блок питания
2. Четыре радиопульта
3. Приемная часть радиоканала
4. Инструкция.


Инструкция на двух языках, китайском и английском, есть схема подключения, но как и в прошлый раз, ошибочная. Неправильно указано подключение замка. На схеме замок подключается к контактам реле, а подключать надо последовательно с контактами и нужна перемычка. Если необходимо, то я нарисую правильную схему.


Иногда возникают ситуации, когда замком управлять надо не со стационарного места. В таком случае применяются радиопульты. Предупрежу сразу, подобное решение резко снижает общую надежность системы к проникновению в закрытое помещение, потому применяют его только там, где это не критично.
Думаю что дизайн пультов знаком многим. Кстати, точно такие же пульты шли в комплекте к предыдущему блоку питания.


Питание от одной 12 Вольт батарейки.


Передающая и приемная часть. Видны места для перемычек при помощи которых задается код пульта. Код передатчика и приемника должен совпадать.


Вот я и подошел к основной части обзора, блоку питания.
В этот раз корпус целиком металлический, но применять его также можно только внутри помещения, так как защиты от влаги у него нет.


Сверху указаны краткие характеристики, входное напряжение 100-260 Вольт, выходное 12 Вольт, ток до 3 Ампер. Также расписано назначение контактов разъема.
Кроме того сверху находится светодиод индикации включения.


Для подключения к сети производитель просто вывел пару проводов через отверстие в корпусе, хорошо что догадался защитить отверстие при помощи резиновой вставки.
С другой стороны находится разъем подключения внешних устройств. в прошлый раз был клеммник, что менее удобно. Буквально несколько дней назад имел удовольствие переключать плату управления турникетом с кучей не подписанных проводов, вспомнил про подобные разъемы.


Снимаем крышку корпуса, она привинчена на пару небольших винтиков, я надеялся что провод питания подключен внутри при помощи разъема, но увы, он запаян в плату.


Компоновка устройства очень плотная, собственно печатная плата забита под завязку. При дальнейших экспериментах мне это аукнулось тем, что для замены одного компонента приходилось выпаивать еще какой нибудь.


Со стороны вода питания находится импровизированный радиатор, представляющий из себя рубленую алюминиевую пластину, которая в свою очередь прилегает к корпусу. Теплопроводящая паста отсутствует.
На второй стороне виден разъем для подключения приемника ДУ и подстроечный резистор при помощи которого выставляется время удержания реле.
Таймер необходим для работы с электромагнитными замками, он задает время в течении которого на замок не будет подаваться питания. С электромеханическими все гораздо проще, им для открывания достаточно короткого импульса.


Для дальнейшего рассмотрения я вынул плату из корпуса. Под платой присутствует защитная пленка. На мой взгляд данной конструкции явно не хватает клеммы заземления, странно что производитель об этом не позаботился, в предыдущем БП такая клемма присутствовала.


На входе присутствует полноценный сетевой фильтр, я как то снимал серию видеороликов по поводу отдельных узлов блоков питания. Здесь на вид особых проблем нет, входной конденсатор емкостью 33мкФ, блок питания имеет мощность 36 Ватт, конденсатор стоит впритык для такой мощности и нашего сетевого напряжения, для заявленных 100 Вольт его емкости будет мало.
Причем что интересно, предыдущий блок питания имел такую же емкость на входе и был рассчитан на 60 Ватт.
На фото видно два синих конденсатора, левый соединяет корпус блока питания с минусовым выводом входного конденсатора, правый межобмоточный помехоподавляющий. Но первый правильного типа — Y2, а вот второй самый обычный высоковольтный. Такая схема допускается только в варианте с заземлением корпуса, а заземлять некуда :(


ШИМ контроллер и выходная сборка полностью идентичны примененным в блоке питания 60 Ватт. Это KA5L0380R, рассчитанная на 75 Ватт и YG902C2 на ток до 10 Ампер, что с большим запасом для заявленных 36 Ватт и 3 Ампера.
Пайка силовых элементов несколько оригинальная, скорее всего сначала ставят плату в корпус, потом привинчивают элементы к радиатору, а потом запаивают.


Выходная часть блока питания также содержит дроссель снижающий уровень пульсаций по выходу, это я позже еще проверю.
Внешне также все аккуратно. Кстати, плата не содержит SMD компонентов, все выполнено «по старинке», хотя как по мне, то главное результат.


1. А вот на конденсаторах на этот раз сэкономили. В прошлый раз были фирменные, здесь же обычный нонейм, причем выходные рассчитаны на 16 Вольт, что в подобных устройствах я считаю недопустимым, так как работать они должны круглосуточно.
2. Узел управления питанием замка реализован практически также, как и в предыдущем, тот же NE555. Впрочем я потом покажу это на схеме.


Плата двухсторонняя, но с обратной стороны только дорожки. Присутствуют защитные прорези, а также следы защитного лака, потому здесь у меня также претензий не было.


Еще в процессе осмотра было понятно, что схема будет похожа на схему предыдущего блока питания, дальнейшее разбирательство только подтвердило предположение. Схема данного блока питания примерно на 95% совпадает со схемой 12 Вольт 5 Ампер блока питания.


Так как функция бесперебойного питания не поддерживается, то блок можно разделить на два функциональных узла.
1. Красный — блок питания 12 Вольт 3 Ампера
2. Синий — схема управления реле и таймер задержки времени отпускания.

Также имеются некоторые косметические отличия, например у предыдущего варианта было два входа подключения кнопки, здесь оставили только один. Имеются отличия и в первичной части, например минус входного конденсатора соединен с корпусом (это к замечанию об отсутствии клеммы заземления).


В отличии от предыдущего варианта модуль приемника ставится аккуратнее, хотя катушка индуктивности все равно лежит на корпусе реле. Но есть и недостаток, забыли сделать отверстие через которое можно вывести антенну. В предыдущем корпус был частично из пластика и это было неважно, здесь же металл, потому антенну придется выводить наружу и сделать это более-менее нормально можно только через отверстие для подстроечного резистора.


Плавно переходим к тестам.
Первое включение прошло без всяких происшествий, засветился светодиод, а на выходе я получил заявленные 12 Вольт.


При помощи подстроечного резистора можно выставить выходное напряжение в пределах от 11.7 до 13.7 Вольта.
Регулировка очень плавная, я без особых сложностей смог выставить ровно 12.000 Вольта. На самом деле это конечно не нужно и даже если бы на выходе было 12.5, то ничего страшного не произошло бы. Тем более, что по мере прогрева напряжение растет, применены обычные, а не прецизионные, резисторы.


Проверка точности поддержания напряжения под нагрузкой, здесь также проблем не обнаружено, хотя небольшая просадка имеется.


С пульсациями на выходе вообще отлично, немного пролезли сетевые 50Гц при максимальном токе, но опять же, не критично.
Щуп стоял 1:1, разрешение 50мВ на клетку, даже в самом худшем случае вышло всего около 10мВ, это мало, очень мало.


Посмотрим теперь КПД блока питания, так как для постоянно подключенного устройства это также немаловажно.
У меня вышло:
1. Холостой ход — 2.2-2.4 Ватта. по сути собственное потребление самого блока питания.
2. Ток 1 Ампер, мощность 12 Ватт — 69%
3. Ток 2 Ампера, мощность 24 Ватта — 77%
4. Ток 2.5 Ампера, мощность 30 Ватт — 75%
5. Ток 3 Ампера, мощность 35.5 Ватта — 73%

Самый высокий КПД вышел в районе мощности 24 Ватта. При токе нагрузки 3 Ампера выходное напряжение просело и итоговая мощность вышла 35.5, а не 36 Ватт.


Дальше шло привычное тестирование токами 1, 2, 3 Ампера с интервалами в 20 минут по окончании которых я снимал термограммы для контроля температуры.
1. Режим холостого хода, виден большой нагрев в правой части. Там расположен нагрузочный резистор сопротивлением 330 Ом (как и предыдущего), на нем рассеивается около 0.5 Ватта. Даже когда блок питания не нагружен, резистор имеет температуру в 90 градусов. Я думаю что таким образом производитель пытался бороться со свистом, так как в этом режиме он все таки присутствует.
2. Ток 1 Ампер, трансформатор имеет температуру в 55 градусов, а резистор разогрелся почти до 100, влияет внешний подогрев.
3. Ток 1 Ампер, но другой ракурс. Теперь стал виден термистор, который стоит на входе и курсор пиковой температуры сместился к нему, более 100 градусов, немало, особенно с учетом близкого расположения входного конденсатора.
4. Ток 2 Ампера, трансформатор прогрелся до 75 градусов, а термистор до 110. В итоге после всех тестов я его отогнул подальше от входного конденсатора, ему такая грелка рядом совсем ни к чему.


После прогрева заметно просел КПД при токе 2.5 Ампера и составил уже 67% вместо 77% как было в холодном состоянии. Но как оказалось, это было лишь «первым звоночком».
Причем при токах 1 и 2 Ампера КПД оставался прежним.


Я думаю, что многие мои читатели знакомы с моей методикой тестирования блоков питания, когда я ступенчато поднимают ток и тестирую под этим током определенное время. Таким образом я обычно узнаю максимальную мощность, которую может выдать БП без перегрева.
Выше я показал температуры при токе 1 и 2 Ампера, следующим шагом шел ток в 3 Ампера, что вполне логично.
Но после поднятия тока до 3 Ампер нагрузка отключилась по защите от снижения выходного напряжения, это было большим сюрпризом, так как обычно БП свой заявленный ток выдает без проблем, а иногда я доводил выходную мощность и до 150%.


Ладно, не вопрос, попробуем определить порог отключения, тем более БП был как раз «прогрет» и это лучше подходило для эксперимента.
Поднимаем ток нагрузки от нуля до 3.5 Ампера с шагом в 100мА. При токе в 2.8 Ампера напряжение на выходе стало снижаться, ъто заметно как на графике, так и в таблице справа, где показаны результаты последних шагов.


Выяснив, что максимальный ток при котором напряжение на выходе не снижается, составляет 2.7 Ампера, я выставил 2.5 Ампера и решил продолжить тест. Но вылезла вообще непредсказуемая проблема. Для начала скажу, что тест пришлось принудительно остановить спустя пол минуты.


Остановил, так как было ощущение, что что-то перегревается, думаю электронщики поймут.
Так и есть, температура одного из компонентов достигла 132 градуса. Ниже пара термограмм, это я «экспериментировал».
Судя по расположению места перегрева (термограмме сдвинута относительно фото) я выяснил, что это диод снаббера. Дело в том, что кроме этого диода там греться больше просто нечему.
Снаббер необходим для поглощения паразитных выбросов в первичной обмотке, но чаще греется собственно поглощающая часть, RC цепь или супрессор, но не диод. Так вот в данном случае грелся именно диод.


Я попробовал остудить блок питания, а потом провести тест еще раз, но ничего особо не изменилось, при токе в 3 Ампера быстро начинался перегрев вышеуказанного диода, на прогретом БП то же самое начиналось уже при токе в 2.5 Ампера.


Косвенное объяснение я увидел, когда в процессе тестов посмотрел на индикатор измерителя мощности, БП так и остался подключенным к нему после теста КПД, что отчасти и ускорило поиск проблемы.
Два теста, оба при токе 2.5 Ампера, но первый перед началом нагрева, второй после. Слева на мультиметре часы показывают некорректное время, но позволяют понять, что все происходит в пределах одной минуты.
При запуске потребляемая от сети мощность составляет 40.4 Ватта, но через 20-30 секунд уже 50 Ватт. Т.е. фактически БП начинает потреблять около 10 Ватт «в себя». И вот здесь вспомним про падение КПД после прогрева, я думаю что это связано.


Налицо явная проблема и мне захотелось попробовать понять, в чем же может быть дело. Для начала вернемся на несколько месяцев назад, когда я делал обзор БП 12 Вольт 5 Ампер, ведь тогда у него все было отлично и заявленную нагрузку он тянул без вопросов. Ниже его схема.


А теперь откроем схему обозреваемого БП. Я удалил то, что не имеет отношения к блоку питания и выделил цветом некоторе элементы:
1. Синий — отличается от предыдущего, но на проблему не влияет.
2. Оранжевый — изменено подключение, на проблему не влияет
3. Красный — отличается, но уже может влиять на то, что я видел выше.

Можно видеть, что ключевое отличие в элементах снабера в первичной цепи и RC цепи выходного диода. Причем мощность выделяемая на первом узле зависит от номиналов второго узла. Например если увеличить номинал конденсатора, подключенного параллельно выходному диоду, то мы немного снизим нагрузку на снаббер. Но возникнет другая проблема, при значительном увеличении емкости тяжелее придется выходному транзистору инвертора. Если совсем сильно увеличить, то это вооще чревато выходом из строя, у меня так выгорел ШИМ контроллер серии TOP2xx.
Так, мы немного отвлеклись. Производитель уменьшил сопротивление резистора в снаббере и увеличил емкость конденсатора в RC цепи параллельно выходному диоду. Т.е. он сознательно боролся с перегревом снаббера.


Я решил не сдаваться и пошел на небольшой эксперимент. Для начала выпаял диод снаббера, потому как было подозрение что вместо «быстрого» поставили обычный 1N4007, но там оказался вполне нормальный FR107. На всякий случай заменил его на более привычный для меня 1N4937. В процессе тестов был подозрительный щелчок и я сначала решил что это диод треснул от перегрева.
Затем я уменьшил емкость конденсатора RC цепи выходного диода до 2.2нФ, как у предыдущего БП.
Запустил тест, результаты в итоге были точно такие как и до эксперимента. Но когда БП пошел в разнос и я привычно снизил ток нагрузки с 3 до 2 Ампер, то выходное напряжение еще просело, а мощность по входу не упала.
Выводы, на мой взгляд была допущена проблема на этапе проектирования, и скорее всего в расчетах трансформатора. Примерно такое поведение бывает когда пытаешься «разогнать» блок питания поднятием выходного напряжения. Альтернативный вариант — неправильная намотка и уменьшенная связь между обмотками, но этот вариант менее вероятен.
Уже в процессе написания обзора я подумал, что можно было бы заменить трансформатор, но потом решил, что итоговая целесообразность этого стремится к нулю, так как одно дело поменять какой нибудь резистор, а совсем другое — трансформатор. Кроме того, мне не очень хочется делать работу разработчиков, за которую они получают зарплату.

Скорее всего спроектировали БП, допустили косяк с трансформаторов, а партия уже заказана. В итоге как-то победили ее, но не до конца в итоге загубили довольно неплохой БП.


На этом обзор можно закончить, но перед подведением итогов скажу, что изначально обзор планировался совсем другим. В планах было добавить к этому блоку питания функцию бесперебойника, по аналогии с тем, как я делал в этом обзоре. Дело в том, что указанная переделка требует поднятия напряжения со штатных 12 Вольт до примерно 14.4. Нормальный блок питания обычно переживает это без осложнений, немного снизится выходная мощность, но в остальном работает все нормально.
Но в данном случае блок питания и сам по себе работает тяжело, а задрать ему выходное напряжение на 20%, будет совсем плохо.
Как вариант, можно немного домотать вторичную обмотку, это кстати можно сделать и в качестве доработки для исправления проблем, но такая доработка выходит за рамки который я задал в плане переделок для обзоров.

От себя могу сказать, что я планирую придумать что нибудь, как с первым БП, так и возможно с показанным выше, но решение будет уже совсем другим.

Вот теперь можно подвести выводы.
В плане качества сборки я бы сказал что скорее хорошо, чем плохо. Выполнено все довольно аккуратно, хотя конденсаторы входного и выходного фильтра стоят безымянные. Неудобен принцип установки радиомодуля, нет отверстия для антенны. Если высунуть провод в отверстие подстроечного резистора, то работает отлично, проверял в пределах всей квартиры.

Электрические характеристики неоднозначны. Пульсации, регулировка, нагрев и КПД находится на нормально уровне для подобного БП, но при токах нагрузки до 2 Ампер. При больших токах, особенно начиная с тока в 2.5 Ампера начинается форменная свистопляска и при такой токе использовать его уже нельзя, по крайней мере длительно.

Получается, что формально это неплохой блок питания но с характеристиками — 12 Вольт 2 Ампера и его вполне можно использовать для питания контроллера доступа и замка. Например электромагнитный замок с нагрузкой до 280 кг потребляет всего 400мА, что даже с учетом потребления контроллера более чем с запасом, спокойно можно питать еще пару камер наблюдения… При использовании электромеханического замка все еще проще, там потребление большое, но импульсное.

В таком варианте применения есть только два места вызывающие нарекания — выходные конденсаторы на 16 Вольт вместо 25, чревато уменьшением срока службы, но если менять, то достаточно заменить только тот, что стоит до дросселя фильтра. Хотя с учетом того, что емкость конденсаторов имеет небольшой запас, то возможно будут служить и родные. Также если БП не заземлен, то надо менять один из мелких высоковольтных конденсаторов на конденсатор Y типа.

Вот теперь все, надеюсь что информация была полезна, как всегда буду рад вопросам и просто комментариям.