Блок питания MeanWell PSC-160A-C, 160Вт с функцией ИБП + доработка

Сегодня у меня обзор не совсем обычного блока питания и ключевое что его выделяет на фоне тех, которые обозревались ранее, это функция источника бесперебойного питания.



По некоторым причинам, обзор состоит из двух частей, основной и дополнительной, при этом дополнительная включает в себя не только описание доработки, а и исправление ошибок тестирования, допущенных в основной части.

Основная часть.

Блок питания был прислан мне постоянным читателем Владимиром, за что ему большое спасибо, но прислан он не просто так, а «по поводу» и поводом является мысль добавить его в одну из электронных нагрузок для тестирования аккумуляторов.

Вообще я ранее сталкивался с ИБП фирмы Минвелл, но старой серии и могу сказать что мне они в общем-то очень понравились и прежде всего понравились надежностью, хотя мощность у них была не такая и высокая (55 и 155Вт). Кроме того я сам делал разные подобные ИБП, а также выкладывал вариант переделки в ИБП обычного блока питания на 12-15 вольт.
Фактически принцип работы всех перечисленных вариантов полностью идентичен, немного лишь отличается реализация, а также сервисные функции, например индикация разряда аккумулятора и пропадания сети.

Как и другие блоки Минвел, этот тоже был в картонном коробочке с небольшим окошком, чтобы было видно что за модель внутри.


Данная модель имеет два варианта исполнения, в кожухе и в виде платы с радиатором. Заявлена защита от перегрева, перенапряжения и перегрузки, а также от переразряда аккумулятора.


Точно также как у предыдущих моделей, есть две версии, на 13.8 и 27.6 вольт, т.е. соответственно под 12 и 24 вольта свинцово-кислотную батарею. Правда раньше была еще версия AD-155C, 155Вт 53.5В, в серии PSC модели с таким напряжением нет.


А вот и «красавец», по крайней мере выглядит аккуратно.


Блок питания смонтирован на L-образном алюминиевом шасси закрытом кожухом.


Под мою задачу лучше подходила версия на 12 вольт, в основном из-а того, что можно сделать более компактную батарею, да и найти плату защиту 4S проще чем 8S, а собирать две вместе мне не хотелось. собственно потому обзор будет варианта на 12 вольт.
Заявлено что блок питания может выдать на основной выход 13.8В 7.6А и на выход заряда аккумулятора 4А. Вообще мне такая мощность мала, так как устройство в пике требует около 160-180Вт, а вот ток заряда аккумулятора мне наоборот, слишком большой. Я бы скорее предпочел конфигурацию 10.6/1А, чем 7.6/4А.


Если сравнивать с обычными блоками питания, то он может показаться довольно большим, но предыдущая версия была еще больше, 200х110х50мм против 152х76х37мм у обозреваемого, при этом старая имела мощность 155Вт. у этого заявлено 160Вт.
Но к примеру у AD-155A для меня был более удобный баланс выходных токов, по выходу до 11.5А, на заряд 0.5А.


Больше информации о размерах можно получить из чертежа.


С одной стороны находится разъем для подключения к сети, со второй выходные разъемы, силовые для нагрузки и аккумулятора и слаботочные для выходов реле. Также около выходных разъемов есть подстроечный резистор для установки выходного напряжения.

В отличие от многих китайских блоков для самоделок, здесь вход и выходы подключаются не клемниками, что может быть не совсем удобно.


Тип примененных разъемов и назначение контактов можно видеть из таблички.


Так как снаружи нет ничего интересного, то снимаю кожух и скажу что винты, которыми он крепился, затянули что называется — от души. Кроме того, кожух был приклеен силиконовым герметиком к силовому трансформатору.


На входе имеется почти полноценный входной фильтр, пожалуй не хватает только варистора. Диодный мост имеет радиатор, на который приклеен изолятор, попутно не дающий продавить кожух.




1. Транзисторы и диод корректора прижаты к шасси. Вообще компоновка силового узла очень плотная.
2. Так как блок питания имеет корректор коэффициента мощности, то соответственно кроме трансформатора на плате имеется и дроссель.
3, 4. При этом дроссель и трансформатор судя по всему намотаны литцендратом в отличие от дешевых блоков питания.


Выходные транзисторы установлены на отдельный радиатор, также здесь находятся три реле и предохранитель.


1. Транзисторы синхронного выпрямителя IRFB3607.
2. На выходе стоит четыре конденсатора 1000мкФ 25В, также имеется дроссель для снижения уровня пульсаций.
3. Подстроечный резистор для коррекции выходного напряжения.
4. С самого начала мне не очень понравилось то, как установлен предохранитель, а потом оказалось, что у него еще и немного нарушена изоляция, потому вполне есть шанс продавить кожух так, что будет КЗ.


Также странно, что производитель применил три разных реле, верхнее отвечает за сигнал разряда батареи, среднее за наличие сети, ну а нижнее подключает/отключает батарею.


Еще на этапе осмотра я обратил внимание на криво установленный изолятор на одном из транзисторов, после снятия прижимной планки он стал на место. Мелочь, но выглядит как-то не очень хорошо. Прижимная планка имеет дополнительный изолятор со стороны, обратной силовым компонентам, и хоть он и приклеен, лучше следить чтобы его не потерять.


Как оказалось, вынуть плату не так просто, снизу приклеена проставка, потому плату надо поднимать вверх, а не сдвигать, что на первый взгляд было удобнее. Причем в процессе «фотосессии» эта проставка постоянно липла к столу, что добавляло неудобств.


После разборки рассмотреть компоненты стало немного проще, диод и транзистор корректора BYV29X и 20N60S1 соответственно, транзистор инвертора — 65E6280.
Y-конденсатор 2.2нФ, все электролитические конденсаторы кроме входного производства Rubycon.


Монтаж как обычно двухсторонний, причем большая часть компонентов находится именно снизу.


«Горячая» часть, увы, схему не перечерчивал, может еще сделаю это, но чертить схемы такой сложности занимает довольно много времени, а его как всегда не хватает.


Здесь стоит два контроллера, NCP1608 и NCP1380, первый отвечает за работу активного корректора, второй за инвертор.
И не в первый раз встречаю, что ШИМ контроллеры и силовые транзисторы находятся на довольно большом удалении друг от друга, лично мне всегда казалось, что чем они ближе друг к другу, тем лучше.


В выходной части компонентов не сильно меньше, это обусловлено тем, что здесь находится не только обратная связь по напряжению, а и по току, ну и кроме того цепи защиты от перенапряжения, переразряда аккумулятора и т.д.


За большую часть функций отвечает два чипа, TEA1761, контроллер синхронного выпрямителя и AP4310, сдвоенный операционный усилитель совмещенный с источником опорного напряжения.
Также здесь стоит шунт 20мОм, который стоит в цепи аккумулятора.


В даташите есть блок-схема, на которой отражены ключевые функциональные узлы, но собственно здесь нет ничего нового, в первичной части обычный блок питания с активным корректором и дополнительной цепью защиты от превышения напряжения на выходе, сигнал которой через оптопару поступает от узла контроля в выходной части.
Отдельный узел контроля наличия сетевого напряжения просто питается от дополнительной обмотки, но в своих ИБП я его реализовывал еще проще, от той же обмотки что питала выход, стоял дополнительный диод и конденсатор малой емкости, соответственно при остановке инвертора пропадало питание и на выходе этого выпрямителя.



Я как-то делал плату адаптера, превращающего обычный 12-15 вольт блок питания в ИБП, причем добавлялась не только функция питания от аккумулятора, а и заряд с режимом СС/CV, защита от переразряда и переполюсовки аккумулятора.
Схема простейшая и конечно в плане потерь она немного проигрывает фирменным решениям, но это окупается простотой схемы.


Да и сама плата выходила компактная, подключение всего несколько проводов, единственно для более мощных систем надо просто поставить более мощное реле и возможно диод.


А вот теперь можно перейти к тестам.
Для начала я просто подключил блок питания к сети кабелем с соответствующим разъемом, у меня такие оставались раньше как раз после переделки мониторов домофонов для работы с низковольтными ИБП.

1, 2. Как и предполагалось, напряжение на клеммах нагрузки и аккумулятора одинаковое, а точнее сказать будет так — напряжение на основном выходе напрямую зависит от напряжения на аккумуляторе так как они между собой связаны, а сам блок питания имеет общую цепь обратной связи. Соответственно в зависимости от режима работы напряжение на выходе плавает от 10 до 13.8 вольта.
3, 4. Подстроечным резистором можно изменить напряжение в довольно широких пределах и это есть большой минус, так как в реальной жизни такой диапазон не нужен и только усложняет регулировку.
5. Путем очень плавного вращения я выставил на выходе 13.5 вольта. Мне такое напряжение было нужно так как я планирую подключать батарею из LiFePO4 ячеек, а для них напряжение буферного режима 3.35-3.40 вольта или 13.4-13.6 на сборку, 13.5 я взял как среднее.
6. Потребление блока без аккумулятора и нагрузки около 2.3-2.4Вт.

Здесь есть небольшое различие с той схемой, которую использовал я, в моем варианте если подключить блок к сети но не подключать батарею, то напряжения на этих клеммах не будет, т.е. сам аккумулятор при правильном подключении инициирует включение реле, в обозреваемом напряжение появляется почти сразу, реле срабатывает и без аккумулятора, что подходит для аккумуляторных сборок с платой защиты.



Вместе с блоком питания человек мне прислал и необходимые разъемы для подключения, но так как не была известна необходимая мне длина проводов, то я решил пока их не использовать и просто припаял провода к плате. При этом к выходу были подпаяны две пары проводов, для нагрузки и измерения напряжения.


А вот по нагрузочной характеристике блок немного удивил, я ожидал что если батарея не подключена, то защита сработает по сумме токов нагрузки и заряда (7.6+4А), реально же блок уходил в защиту при токе 8.9-9А


Соответственно КПД был проверен до тока в 9А, шаг по горизонтали равен 0.5А. В описании КПД был декларирован на уровне 88%, реально примерно так и вышло, думаю было бы и больше так как с ростом нагрузки растет и КПД (до определенного предела), а нагрузить так чтобы измерить, я мог только основной выход.


При этом с подключенным и заряженным аккумулятором легко выдал и 10А.


Если отключить сетевое питание, то при работе от аккумулятора также легко выдает 10А, впрочем я думаю что здесь ток ограничен только током предохранителя, т.е. электронной защиты нет, хотя возможно стоит попробовать и при больших токах.
Вообще крайне неудобное решение, поставить обычный предохранитель, да еще и запаять его в плату, так как в случае выхода его из строя замена будет довольно сложной.

На просадку напряжения не обращайте внимание, батарея была подключена через длинные провода + провода мультиметра.


Я не стал тестировать выход заряда при помощи нагрузки с режимом CV, ограничившись тестом, где видно что при токе 4-4.1А блок меняет режим работы.


Амперметр показал что ток заряда почти ровно 4А, хотя по мере нагрева немного растет, ток потребления от батареи без сети и подключенной нагрузки составляет 35мА.


Во время заряда батареи и токе нагрузки 9А даже нагрузка показала такую картину, при этом постоянно щелкало реле отключающее аккумулятор.
Чтобы такого эффекта не было, надо снизить ток нагрузки хотя бы до 8А, хотя здесь тоже выяснились некоторые нюансы.


Для проведения термопрогона было решено полностью разрядить аккумулятор и посмотреть температурные режимы во время всего полного цикла, т.е. полный заряд аккумулятора с нуля и переход в CV режим работы, соответственно попутно проверил напряжение отключения по разряду аккумулятора.
Реле защиты отключает батарею при напряжении 10 вольт и не подключает обратно пока не появится сеть, по крайней мере в то время пока я ждал этого. Примерно при 10.5-10.6 вольта срабатывает реле «аккумулятор разряжен», но так как я использую LiFePO4 аккумуляторы, то между срабатыванием этого реле и отключением проходит очень короткое время, при токе 8А оно составляло около 20-30 секунд, специально не засекал.
Да, применение LiFePO4 накладывает некоторые особенности применения так как они имеют другую кривую разряда, я об этом несколько раз рассказывал.


Собрал «стенд», запустил тест.


1. Ток нагрузки согласно даташиту 7.6А, ток заряда аккумулятора 4А. Мощность от сети поначалу была около 180Вт.
2. Через совсем короткое время потребляемая мощность стала падать, хотя по логике должна была расти. Причина оказалась проста, при таком токе заряда напряжение на батарее быстро поднялось до установленных 13.5В и ток заряда начал падать. Пришлось установить пороговое напряжение в 14 вольт.
3. Постепенно мощность от сети росла, что нормально так как ток нагрузки не меняется, а напряжение по мере заряда растет, соответственно растет оно и на выходе, где также ток стабилизирован. Максимум был около 188-190Вт.
4, 5. Чуть больше чем через полтора часа аккумулятор полностью зарядился, напряжение на выходе поднялось до установленного, а мощность от сети упала до 123Вт. После этого я погонял блок еще примерно 20 минут для понимания как он будет себя вести когда аккумулятор уже заряжен.
6. При отключении нагрузки потребление составило 3-3.2Вт, фактически шел дозаряд небольшим током, что говорит о окончании процесса заряда.


Так как тест растянулся на два часа, а контрольные измерения я делал каждые 20 минут, то получилось 6 результатов.
По термограмме видно, что самую большую температуру имеет трансформатор, более 100 градусов. Но на самом деле рядом с ним грелся еще и диод, примерно до сопоставимой температуры, из-за чего тепловизор переключал фокус максимальной температуры то на него, то на трансформатор.


Ко времени 1 час 20 минут от начала теста температура начала потихоньку падать, сказывается то что по мере заряда падала общая потребляемая мощность, к концу температуры стали более терпимые.


Любопытно что судя по графику в даташите, у блока в кожухе температурные ограничения чуть более жесткие, чем в открытом исполнении, хотя как по мне, то шасси должно более эффективно отводить тепло.
Кстати, ниже показано подключение нагрузки и батареи, видно что производитель рекомендует одноименные контакты разъемов подключать параллельно для снижения тока через каждый контакт.


Температура разных ключевых компонентов. Выходная мощность рассчитана ориентировочно исходя из потребляемой с учетом КПД в 88%.


Осциллограммы для режимов — без нагрузки, 4А, 8А и 8А+заряд батареи.

Несмотря на наличие дросселя выход довольно «грязный», производитель декларировал 150мВ р-р, у меня получилось около 200 при токе 8А и 250-270 при одновременном заряде батареи, причем как видно по осциллограммам, я считал только основную часть пульсаций, без коротких «иголок». Возможно конечно и взаимное влияние нагрузки, БП и осциллографа, но эксперименты показали что если оно и есть, то не сильно большое.


Но на самом деле картина была еще хуже, попробую пояснить.
Как я писал, блок питания оказался очень «музыкальным», он иногда пищал, зудел и издавал странные звуки. Причем было и такое что к примеру идет заряд аккумулятора, ток 7.2А, все нормально, прикасаюсь щупом осциллографа к выходу (как положено, сначала земля, потом сигнал), внезапно начинает свистеть, убираю щуп, свистит дальше, но в течение несколько минут свист немного меняет тональность и постепенно стихает.

Соответственно были получены и «альтернативные» осциллограммы, снятые при таком странном поведении. Как вы понимаете, поведение было непредсказуемым, соответственно снимал как мог. Обратите внимание, первая осциллограмма снята при 100мВ/дел, остальные при 200мВ/дел.
1. Начало заряда аккумулятора без нагрузки по выходу.
2. Начало заряда + нагрузка током 7.6А, появился свист
3. То же самое, но ток нагрузки снизил до 5А.
4. Заряд + ток нагрузки 8А при низкой частоте развертки.


И так итоги.
Если честно говоря, я как-то расстроен, после тестов у меня осталось ощущение что продукт сырой, хотя при осмотре изначально были только положительные впечатления, но попробую по порядку.

Для начала хорошее. Блок имеет приличный КПД, хорошее качество изготовления, не менее качественную элементную базу, наличие целого комплекса защит, сигнальные выходы наличия сети и разряда батареи + защита от переразряда.

А теперь плохое (на мой взгляд). Очень странное поведение, периодические свисты, писки и т.п. Кроме того, довольно большой нагрев, большой ток заряда и неудобный баланс его с током выхода, большие пульсации, защита от переполюсовки в виде запаянного предохранителя на 15А (наличие электронной защиты еще проверю), грубая регулировка выходного напряжения и соответственно напряжения окончания заряда.

По поводу большого тока заряда скажу отдельно. С появлением литиевых аккумуляторов, для которых ток 4А при емкости батареи в 4-8Ач, многие уже наверное отвыкли что для свинцово-кислотных такой режим отнюдь не нормальный. Например я недавно тестировал фирменную батарею 9Ач, так у неё максимальный ток заряда 3.4Ач, у дешевых он вообще часто порядка 2-2.5А, потому ток заряда в 4А её банально будет убивать.
При этом у старой модели ток заряда был 0.5А, что по своему даже мало, на мой взгляд оптимально это около 1А, а в идеале иметь возможность его регулировки, пусть даже ступенчатой.
У меня в планах было снизить ток заряда до указанного выше уровня, а высвободившуюся мощность снимать с основного выхода, но оказалось все не так просто, потому как я могу снизить ток заряда, но судя по нагрузочной характеристике это никак не повлияет на основной выход…

Часть вторая, исправление ошибок, доработки.

Начну с того, что принесу извинение за ошибки, допущенные в ходе подготовки первой части, из-за чего результаты тестов оказались хуже, чем есть на самом деле.

Выше я писал и демонстрировал, что блок питания по основному выходу может выдать не более 9А, причем меня удивило то, что этот ток не зависит от того, заряжается в данный момент аккумулятор или нет. Это было действительно странно и тогда я отложил разбирательства «на потом».


Каково же было мое удивление, когда при подготовке видео по этому БП, в ходе нагрузочного теста я без проблем получил на выходе ток 15.6А.
Как так, ведь я тестировал этот блок и он стабильно выдавал только 9А, ну может чуть больше…


При одновременно заряде аккумулятора соответственно ток срабатывания защиты был на 4 ампера меньше, это видно по тому как напряжение на выходе начинает резко снижаться потом опять подниматься, блок отключается, переходит на аккумулятор, перезапускается, уходит в защиту, переходит на аккумулятор и так далее.


Явно что-то не так. и здесь я вспомнил, что буквально за несколько дней перед этим я умудрился спалить свою электронную нагрузку, включил в режим максимальной мощности при предельном напряжении в уже сильно прогретом состоянии.
Я её конечно сразу починил, о чем даже планировал написать, теперь точно сделаю это.

После того как она коротнула, я её вскрыл, вынул силовую плату. Отключать все провода не стал.


Открутив плату увидел, что под одним из транзисторов пасты было явно мало, да и вообще её не очень много.


Но оказалось, что вышел из строя тот транзистор, где пасты было как раз больше.


Вспомнив что я как раз покупал правильные транзисторы, как для переделок, так и для новых устройств, достал один из пакетов и отобрал парочку с идентичными номерами.


Прочистил отверстия в плате при помощи зубочистки, установил новые транзисторы, прикрутил плату на место без пасты и только после этого запаял их. Дело в том, что транзисторы установлены жестко, соответственно нужна точная установка без перекосов, потому запаиваются они в установленном состоянии.
Затем снял плату и нанес пасту.


Уже после всех этих операций установил плату нормально и собрал нагрузку.


Во время теста блока питания все шло вроде отлично, единственная странность была в том, что при измерении уровня пульсаций появилась какая-то паразитная наводка с частотой сети. Я не стал сразу с этим разбираться, а просто взял другую нагрузку и провел эти тесты уже с ней, потому на остальные результаты тестов это не повлияло, но сомнение закралось.


Проблема вылезла совершенно случайно, причем косвенно. Во время теста аккумуляторов оказалось, что моя нагрузка не может нагрузить его током более 9.5-9.6А, совпадение величины тока с предыдущим тестом случайно.


И здесь я понял в чем проблема, причем для этого мне не понадобилось даже разбирать нагрузку, как говорится — все встало на свои места.

Судя по всему, новые транзисторы имеют более высокое напряжение требуемое для полного открывания чем у тех, что были раньше. И все бы ничего, но скорее всего питание выходного ОУ, управляющего транзисторами, 5 вольт, потому при малом напряжении и большом токе они не могут нормально открыться. А так как в таком режиме даже малое изменение напряжение на затворе может влиять на сопротивление открытого канала, то наводки от питания (у меня обычны трансформатор) как раз и создают небольшие пульсации с частотой сети (а точнее с удвоенной частотой).

Это почти не влияло на работу с аккумуляторами, но видимо блок питания от Минвела оказался чувствительным к подобного рода проблемам, а возможно и сам, своими ВЧ пульсациями, провоцировал нестабильную работу нагрузки.
В общем получил я то, что у блока питания защита отрабатывала раньше, чем должна была и виновата была комбинация нагрузки с «особенностями» и малой устойчивости блока питания.

Для обзора я в итоге потом использовал свою основную, проверенную годами, но мне тогда не пришло в голову поднять ток выше 8-9А.


Поняв что ИБП может больше чем было показано в обзоре и мало того, есть нормальная зависимость тока по основному выходу от того заряжается аккумулятор или нет, я решил довести его «до ума».
Изначально меня сбивало с толку то, что ток нагрузки не зависел от того, заряжается аккумулятор или нет и это было странно. Тем более что ток заряда составлял 4А. что больше половины от выходного тока ИБП.

Вторая причина переделки может быть полезна не только для увеличения тока нагрузки, а и для увеличения срока службы аккумулятора, если он свинцово-кислотный.
Суть в том, что если для современных LiFePO4 ток заряда 4А можно назвать даже маленьким, то для свинцового он очень большой.

Для примера фирменный аккумулятор CSB HRL-1234W-F2-FR 9Ач 12 вольт, по инструкции максимальный длительный ток разряда 66А, кратковременный 130А, при этом по той же инструкции максимальный ток заряда всего 3.4А, и этот ток указан даже на аккумуляторе!
Соответственно 4А для него запредельно много.


В общем решено было бить сразу кучу «зайцев».
1. Уменьшить ток заряда до 1-1.2А
2. Если получится уменьшить ток заряда, то соответственно можно увеличить ток нагрузки по основному выходу на полученную разницу.
3. Уменьшить акустический шум, блок питания во время заряда аккумулятора неприятно пищит.
4. Уменьшить паразитное падение напряжения при питании от аккумулятора.

Для всего этого надо лезть в схему, а базируется она на двух чипах, контроллере синхронного выпрямителя TEA1761 и ОУ AP4310, ток измеряется на шунте сопротивлением 20мОм.


На самом деле за обратную связь как по напряжению, так и по току отвечает TEA1761, в даташите даже показана схема включения, где Rsense и есть токоизмерительный шунт.


Конечно самым простым решением было бы уменьшить номинал токоизмерительного шунта, просто заменив его допустим на 0.1Ома, тогда ток заряда пропорционально снизился бы до 800мА.
Но вся проблема в том, что через этот шунт проходит ток при питании выхода от аккумулятора, а даже в исходном виде разница вход/выход почти 0.4 вольта. при токе 10А эта разница превращается в 4 ватта тепла. Я уже потом заметил, что мои нагрузочные тесты привели к тому, что немного поплавился изолятор под платой.

В режиме заряда разница конечно меньше, 0.15В, но мне она была неинтересна.

Т.е. получается что шунт надо не увеличивать, а уменьшать, но вносить в схему более существенные изменения.


Все бы ничего, но пороговое напряжение вода ОС по току у TEA1761 составляет 50мВ, мало того, после шунта стоит еще и делитель, попутно сглаживающий короткие всплески напряжения, итого получается что при токе 4А с шунта приходит 80мВ, после делителя соответственно требуемые 50мВ и уменьшить этот порог простыми способами нельзя.


Чтобы не отвлекаться на лишние компоненты, на схеме покажу лишь только то, что надо знать для доработки, нумерация компонентов и выводов микросемы соответствуют реальным.


А это они же, но на плате.


Так как стояла задача усилить сигнал с шунта, то поставил операционный усилитель, изначально резисторы R2 и R3 поставил 20 и 2к, расчетное усиление 11 раз, т.е. ток должен был упасть до 360мА. Но почему-то ток упал значительно больше и R2 был заменен на 10к, соответственно усиление в 6 раз. ОУ — LM358.

Попутно в процессе экспериментов спалил предохранитель и немного подпалил родной шунт. Предохранитель заменил мелким на 20А, при этом выиграл где-то 2мОм общего сопротивления.


Ток заряда получился около 460мА, но при этом довольно сильно плавал.


Параллельно родному шунту 20мОм припаял еще один с таким же сопротивлением, т.е. теперь шунт 10мОм, но ток поднялся всего в полтора раза.
Заметно ситуацию улучшило добавление конденсатора по цепи питания операционного усилителя. электролитический 10мкФ + керамика 0.1мкФ, ток стал около 0.97А.
Электролитический добавляет проблем, так как зазор между платой и шасси не очень большой, даже мелкий конденсатор влазит впритирку.


Так выглядела получившаяся конструкция.


Вроде бы все работает, но как-то не так. Например ток заряда зависел от тока нагрузки, до 1.5-2А он составлял показанные выше 0.96А, а выше — 1.2А и держался стабильно на этом уровне.
Но кроме того, опять вылезла проблема с максимальным током в 9-9.5А, только теперь это происходило уже с проверенной нагрузкой. Налицо странная работа блока питания, при этом все сопровождалось все тем же писком, меняющим тон по мере роста тока нагрузки.


Я некоторое время экспериментировал и уже думал вернуть все назад, когда решил добавить в цепь задания коэффициента усиления конденсатор емкостью 0.1мкФ и убрать резистор который поставил между шунтом и входом ОУ.
Получившаяся схема выглядела уже так.


Кроме того заменил провод, которым подавалось питание к ОУ, на другой, с большим сечением, но больше ради надежности.
Еще ранее добавил керамические конденсаторы параллельно конденсаторам фильтра и усилил одну из дорожек для снижения падения напряжения на ней.
Питание берется от конденсатора над TEA1761. Рядом с ОУ есть возможность взять питание прямо с выхода, но это приводит к нестабильной работе схемы.


Все компоненты спокойно монтируются навесным способом, на фото первый вывод обозначен стрелкой, вывод 4 припаян к залуженной площадке на плате, она была залужена изначально, остальные выводы немного загнуты вверх.
Вывод 5 соединяется с выводом 4, а 6 и 7 соединены, так я отключил неиспользуемый второй ОУ.


В таком виде блок работал почти идеально, был небольшой шум в диапазоне токов 1.5-2А, а также непонятный мне но уже при токе 3.9-6А, проявляющийся только при снижении тока нагрузки до указанного значения.
Последнее можно убрать добавив перемычку между минусом конденсатора питания TEA1761 и конденсатором делителя сигнала с с выхода ОУ.
Впрочем это видно и по фото, но это уже мелочи, шум в диапазоне 3.9-6А пропал и сохранился в диапазоне 1.5-2А. Но в любом случае, этот шум находится на грани слышимости в отличие от того, что изначально он пищал довольно громко.


Ток заряда также стал соответствовать расчетному, 4А / 6 (усиление ОУ) х 2 (уменьшение номинала шунта) = 1.33А
При этом паразитное падение на цепи — предохранитель, контакты реле, шунт, дорожка на плате снизилось более чем в полтора раза и составило всего 227мВ против исходных 390мВ.

Конечно можно сказать, что разница в падении напряжения до и после переделки ничтожна. Да, в масштабах всего блока лишние 1.6Вт при токе 10А это мелочь, около 1%, но разница между 2.27Вт и 3.9Вт, которые рассеиваются и греют плату, очень существенна.


Для проверки прогнал блок в разных режимах, все работает отлично, и теперь даже в самом тяжелом режиме (в моем сценарии применения) когда только начат заряд аккумулятора, выходной ток может достигать 14.4А. а мощность на основном выходе до 170Вт. По мере заряда аккумулятора максимальная снимаемая мощность может быть еще больше.


Итого что имеем.
Блок питания реабилитирован в плане максимального тока нагрузки, проблема была в средствах измерения, а не в подопытном.
Проблема с писком после смены нагрузки немного уменьшилась в некоторых режимах, но осталась в режиме заряда аккумулятора.

После доработки:
1. Уменьшен ток заряда с 4 до 1.3А. можно было бы уменьшить еще меньше, но здесь возникает проблема, напряжение на аккумуляторах поднимается меньше, а так как у меня после БП будет стоять DC-DC с 12 в 5 вольт, то мне выгоднее когда напряжение выше, я даже подумываю сделать отсечку по переразряду выше чем исходные 10 вольт.
2. Почти убран шум, остался еле слышный в узком диапазоне токов нагрузки, в принципе можно убрать и его, но меня устраивает.
3. Уменьшен нагрев шунта так как его сопротивление теперь 10мОм вместо 20.
4. Так как сопротивление шунта меньше, то стало возможным длительно снимать ток 10.5-11А, а кратковременно или при дополнительном охлаждении до 14А, т.е. почти в два раза больше исходного.
5. Уменьшено общее паразитное падение при питании от аккумулятора.
6. Увеличена общая стабильность работы блока питания и устойчивость цепи обратной связи, теперь он менее критичен к нагрузке
7. Добавлены керамические конденсаторы параллельно конденсаторам фильтра, но это уже скорее «косметика».

Замечания к схемотехнике. мне кажется что вся проблема кроется в неудачном выборе чипа синхронного выпрямителя и цепей обратной связи. Там, где не помешала бы временная коррекция цепи ОС, добавить её нельзя, а кроме того пороговое напряжение срабатывания ОС по току слишком велико, что требует применения шунта с относительно высоким сопротивлением. Я даже думаю что ток заряда в 4А выбран именно по этой причине, что отрицательно сказывается на параметрах так как при общей мощности в 160Вт снимать с основного выхода возможно было только 105Вт.

Общая стоимость компонентов для доработки даже при покупке в розницу около 25 центов.

И конечно привычный вопрос — а какое время переключения на батарею?
Отвечаю — у ИБП такого типа нет понятия «время переключения», фактически батарея постоянно подключена к выходу, а зарядное балансирует режимом работы инвертора так, чтобы и заряжать батарею и обеспечить необходимый ток по выходу. Собственно потому выходное напряжения напрямую зависит от напряжения на батарее.

На этом у меня все, надеюсь что кому нибудь это пригодится :)