Самодельный блок питания на 5 и 12 вольт с магнитным штекером, индикатором напряжения, тока, мощности и переданной энергии.

После 220 вольт самые ходовые напряжения у меня это 5 В и 12 В. Причём настолько ходовые, что захотелось сделать отдельный блок питания только для них. Но не простой, а с индикацией основных параметров. И, поскольку 5 В используется в основном для зарядки многочисленных устройств, то решил сразу приделать к нему кабель с магнитным разъёмом, на который я эти устройства и перевёл.

*При создании этого БП ни один термоклеевой стержень не пострадал.
В блоке питания отсутствуют синяя изолента, скотч и монтажная пена, но могут содержаться следы использования 3D принтера.
Людям с аллергией на 3D принтеры читать с осторожностью, при необходимости проконсультироваться с врачом.

---

Сразу объясню зачем это всё.

Периодически возникает необходимость подключать устройства к 5 В или 12 В и видеть примерно:
— ток, который через них протекает;
— напряжение — не просело ли от нагрузки;
— ёмкость ну или энергию, которая получена устройством;
— ну и время, которое оно эту энергию получало.

В принципе, все эти задачи неплохо решаются USB тестерами.
И я их именно ими и решал (прикольное предложение, из 7 слов, 5 начинаются на и).

Но в какой-то момент мне это всё надоело — соединять отдельные блоки питания, переходники, USB тестеры в цепочку, где-то это всё размещать и чем-то прижимать USB тестер под нужным углом, чтобы бегло можно было видеть экран.

Ну и хотелось избежать потерь в этих соединениях, ведь на токах в несколько ампер они могут прилично греться.

Собственно первоначальная идея была прямолинейная — просто соединить БП + USB тестер + кабель и как-то это всё зафиксировать в каком-то корпусе.

Но USB разъёмы от такого решения никуда не девались, а соответственно и потери на них.
Ну и дизайн, и удобство эксплуатации такой конструкции вызывал у меня серьёзные сомнения.

Поэтому пошёл другим, более трудоёмким путём.

Для начала подобрал необходимые модули блоков питания.

С 12 вольтовым проблем не возникло, выбрал Mean Well EPS-65-12:





Максимальный ток у него 6 А при небольших габаритах.

А вот с 5 вольтовым возникли проблемы. Он должен использоваться для зарядки, и в случае перегрузки, должен работать в режиме ограничения тока путём снижения напряжения.

Но большинство импульсных блоков питания при перегрузке работают в прерывистом режиме — циклически полностью отключают нагрузку и включают её заново. Меня это совершенно не устраивает.

Вариантов я видел два.

1. Взять любой блок питания на бОльшее напряжение и ток и к нему прицепить DC-DC преобразователь со стабилизатором тока, типа такого:


Но, почитав отзывы или обзоры на эти преобразователи, можно увидеть массовые жалобы на непредсказуемые выходы их из строя, часто даже не связанные с перегрузкой или перегревом.
А это значит, что на выходе мы можем в любой момент получить не 5 В, а более высокое напряжение — входное напряжение питания этого преобразователя и сказать досвидос подключенному к нему устройству.

Даже в сетевых импульсных блоках питания, пробой силового транзистора менее опасен — генерация просто обрывается и на выходе вместо высокого напряжения оказывается 0.

Ну и такой вариант подразумевает использование дополнительной платы, для которой нужно будет место, крепление, межсоединение.

Поэтому второй вариант — взять блок питания с защитой ограничением тока, мне всё же показался лучше.

Но найти его оказалось сложно и нашёл в совершенно неожиданном формате:


Да, это БП на DIN-рейку:


И да, забыл сказать, что искал среди Mean Well, поскольку, помимо хорошего качества и приемлемой цены, у них отличная документация. И это параметр — типа защиты от перегрузки, в ней тоже отражён.

Дешевле было бы использовать распотрошённую готовую USB зарядку, но даже именитые производители не публикуют информацию о типах защиты от перегрузки. И я встречал оба варианта реализации — как прерывистое отключение, так и ограничение тока путём снижения напряжения.

И кстати, раз уж заговорил про готовые зарядки, то сразу отвечу на возможный вопрос, почему вообще не рассматривал «умные» зарядки с протоколами быстрого заряда. На самом деле рассматривал, но не долго. Дело в том, что периодически приходится заряжать очень «глупые» устройства, которые от этих «умных» зарядок иногда дохнут, поэтому хотелось просто хардкорных 5 вольт. Пусть процесс зарядки будет идти дольше, но спокойнее.

С блоками питания определился, теперь индикация.

Тут тоже хотел найти какой-то готовый индикаторно-измерительный блок-полуфабрикат. Опять самый прямолинейный путь — распотрошить USB тестер, которым и пользовался до этого.

Я им и хотел пойти, но экранчики USB тестеров за разумную стоимость — мелкие, управление часто сложное, особенно у тех, у которых экраны большие, хотелось чего-то попроще. Да и потрошить их трудозатратнее, чем использовать подходящий готовый блок.

От измерителя-индикатора мне нужно было:
— напряжение;
— ток;
— прошедшая энергия (ёмкость);
— время, в течении которого ток шёл через блок питания.

Ну и устройство должно быть относительно компактного размера, без лишних данных на экране, с простым управлением и крупными, ну или хотя бы не мелкими символами, читающимися с разных углов.
И да, стоить это должно соизмеримо с остальными компонентами системы, ну, к примеру, среднюю стоимость используемых плат блоков питания и иметь размеры, сильно не раздувающие переднюю панель готового устройства, с учётом того, что на ней должно быть два таких модуля, два выключателя питания и две кнопки управления.

Но… готовых отдельных подходящих под эти критерии измерительных блоков я так и не нашёл.

Поэтому пришлось вернуться к первоначальной идее — USB тестеру.

Нашёл такой:




И это оказался почти идеальный вариант. Цифры, конечно, хотелось бы побольше, но всё же они минимально приемлемые и не пиксельные, а из «цельнолитых» сегментов:


Лично мне такие кажутся чётче и приятнее для восприятия. Для сравнения, вот пиксельный экран:



Но тут, разумеется, всё индивидуально, кому-то пиксельный экран может показаться лучше. Но конкретно в этом символы просто физически меньше и читаются они гораздо хуже, безотносительно тому пиксельные они или сегментные.

Но вернёмся к выбранному мной тестеру.
Никакой лишней информации на экране у него нет и в то же время всё что нужно есть. И очень простое управление.

Но с этим тестером оказалось тоже не всё так просто. Если для 12 В он мог идти без дополнительных доработок, то для 5 В нет.

Как я говорил раньше, это напряжение используется для зарядки, и может быть в реальности не 5, а 4 и даже 3.5 вольта, в случае перегрузки. Причём это штатная работа. И USB тестер должен работать в этом режиме, а он при низких напряжениях толком не работает.

Поэтому, пришлось его доработать.

Если коротко, то пришлось разорвать цепь нагрузки и измерительную цепь, которую в свою очередь запитать от отдельного блока питания.

А соответственно нужен ещё один маломощный БП.

Сначала хотел такой компактный:


Прям очень хотел. Но перехотел. ХЗ что там навалено внутри, хоть это и MW. Поэтому решил опять с открытыми компонентами, такой:



Ну и потом пожалел об этом. Закрытый изолированный занимает меньше места, его проще компоновать в корпусе, не надо изолировать от других рядом расположенных элементов.

Но ошибка уже совершена, поэтому работаем с чем есть. Единственное, открытый, по-моему, дешевле стоил. Пусть это чуть-чуть согреет душу. Ну и вид электронных компонентов милее взгляду, чем вид бездушной чёрной пластмассовой коробки.

Идём дальше.

Для земли и всех минусов (в комментариях) купил такую шину:


Теперь это всё нужно куда-то засунуть. Лучше в корпус. Его я делал с помощью 3D принтера.

Выше я говорил, что меня напрягало постоянно ворочать или как-то крепить экран USB тестера, чтобы он читался беглым взглядом.
Поэтому раз начал делать свой блок питания, то экран в нём размещу под удобным углом. И это тоже оказалось геморройной задачей при проектировании корпуса. Вот горизонтально сделать — просто, вертикально — просто, а под углом начинаются вопросы и головоломки. Как это печатать, как крепить, как стыковать разные части…

Причём это ещё надо совместить с расположением на передней панели двух выключателей питания (которые тоже удобнее включать/выключать, когда они не на вертикальной поверхности), двух тушек USB тестеров, которые не имеют удобного крепления, двух кнопок управления USB тестерами.

И всё я это хотел упаковать в максимально компактный корпус.

Для начала я распечатал экранную часть. Какого размера должно быть окно, как в нём должен располагаться USB тестер, чтобы была видна информация под максимальными углами и при этом не была видна окружающая засветка, которой там море.





Дальше добавил крепление платы тестера и посадочный блок для кнопки управления:


Ну и потестил размеры отверстия для выключателей:


Дальше собрал это всё вместе и задублировал:


Следующим этапом определился с шириной БП, и в соответствии с ней наделал крепёжных отверстий в панели. Почти итоговый результат:


Вообще, хотел крепёж спрятать, но это порождает другие проблемы. Особо в это углубляться не буду, но подобный корпус я проектирую первый раз, поэтому чёткого понимания, какой вариант его построения лучше, у меня не было.

Под «лучше» я понимаю некое компромиссное сочетание свойств:
— удобство корпуса, для пользователя конечного устройства;
— удобство монтажа компонентов в корпусе и их межсоединений;
— эстетка корпуса;
— простота его проектирования, печати и последующей обработки/доводки до готового результата;
— компактность.

Попытка соблюсти все эти свойства, это всегда некий компромисс.
В любом случае этот попробую сделать таким, а в следующем блоке питания концепцию поменяю, попробую другой вариант, посмотрим, какой получится лучше.

Но вернёмся к этому корпусу.

Компоненты в панели:



Микрик очень удачно вписался в нише от USB гнезда, которое я выпаял из тестера, как и штекер — для уменьшения габаритов:



Чтобы минимизировать размеры корпуса, платы модулей блоков питания вертикализировал с помощью крепежа, который одновременно закрывает обратную сторону плат, предотвращая контакты проводов с острыми выводами деталей:


Небольшие промежутки для охлаждения оставлены и внизу крепления, и с обратной стороны плат.

Всё это будет крепиться к шасси корпуса:


Размещать блоки планирую примерно так:


Но может быть что-то немного и поменяется в итоге.

Закрываться это всё будет надвижной крышкой:


К ней будут крепиться ножки и там же будет спрятано крепление шасси с крышкой:


Из-за плотной компоновки провода будут проходить впритык со вторым 5 В БП, поэтому, чтобы ничего нигде не коротнуло, сделал изолирующую накладку для него. А чтобы сэкономить место, она сделана ступенеобразной:






Теперь соединяем проводами отдельные блоки устройства:


Для всех трёх кабелей (220, 12, 5 В) сделаны отдельные, заменяемые, при необходимости, крепления:




Ну вот, почти всё готово:



Первое включение обошлось без волшебного белого дыма:


Теперь можно попробовать что-нибудь подключить к БП:


Когда БП не используется, разъёмы кабелей будут не валяться где-попало, а будут храниться в специальных стаканах на задней панели:




Ну и ещё несколько моментов.

Промышленный дизайнер из меня так себе, поэтому красивым корпус назвать не могу.


Но я старался его сделать аккуратным, удобным (для монтажа и использования), максимально компактным, и чтобы его проектирование у меня не заняло вечность, ибо виртуозом CAD систем я не являюсь. В основном это, на мой взгляд, получилось.

Конечно, кое-что или всё можно было сделать по-другому и/или лучше, это лишь один из вариантов.

Возможно, всё же стоило подключить кабели через какие-нибудь XT60:


Хотя конкретно в моём случае это не критично, поскольку 99% времени этот БП будет эксплуатироваться с этими кабелями и разъёмами.

В любом случае, это мой первый опыт изготовления подобных устройств, в следующей раз попробую сделать что-то по-другому.

Чёрный пластик выбран не из-за неземной красоты, а из практических соображений — любые другие цвета, в том числе скрывающий пыль серый и даже бесцветный, от производителя к производителю и даже от катушки к катушке одного производителя могут менять оттенок. Чёрный в этом плане стабильнее.
Соответственно разные детали можно спокойно печатать в разное время разными партиями пластика и уловить разницу в большинстве случае будет невозможно.
А обработка и покраска поверхностей в мои дальнейшие планы не входила, поэтому всё выглядит, как напечатал принтер.
Это экономит время и гарантирует, что покрытие не облезет и не сотрётся со временем.

Ну и на этом у меня сегодня всё, всем спасибо!