Блок питания 60 вольт 5 ампер и немного о его доработке

Волею случая попал на время в мои лапы еще один блок питания, а если говорить точнее, то один из вариантов модели, обзор которой у меня уже как-то был. Но так получилось, что перед тестами пришлось его немного доработать, впрочем подробности как всегда в обзоре.



Для начала поясню, почему этот БП попал ко мне. Товарищ купил его для преобразователя DPS5005, соответственно ему надо БП с напряжением около 55 вольт и током до 5 ампер, а так как регулировка выходного напряжения не предусмотрена, то напряжение ему надо изменить на «аппаратном» уровне.

Покупался блок питания на таобао, но в принципе они уже есть и на алиэкспресс, потому думаю что полезной будет и описание доработок.


Внешне выглядит в общем-то неплохо, есть конечно косяки, но не сказал бы что смертельные.


Со стороны выходя установлен большой радиатор, но явно предназначенный для активного охлаждения, соответственно в данном БП он работает чуть лучше цельного куска алюминия.


А это для сравнения предыдущая модель, не стал искать его в коробках, потому фото из предыдущего обзора.
Как уже можно заметить, ключевое отличие в том, что здесь ШИМ контроллер и его обвязка расположены на отдельной плате, а у обозреваемого на общей.


На входе также имеется почти полноценный сетевой фильтр, которому пожалуй не хватает только варистора.
Входной конденсатор 220мкФ 450 вольт.


1. Клемник, неудобный, не очень понравился, рядом предохранитель.
2. Диодный мост GBU808
3. Термистор 5D-15, рядом видна пара высоковольтных конденсаторов.
4. А вот здесь внимание, конденсаторы выведены на одно из крепежных отверстий, при эксплуатации это отверстие либо должно быть заземлено, либо вообще не иметь электрического контакта с корпусом!


Компоновка практически идентична предыдущему и да, магнитопровод трансформатора реально стоит криво.


Маркировка ШИМ контроллера стерта, кстати любопытно, что на высоковольтной стороне есть два электролитических конденсатора, а не один. Забегая вперед скажу, что старт у БП очень долгий, несколько секунд от момента подачи питания.
Под трансформатором также есть детали и сразу заметна пара резисторов, предположительно стоящих в цепи питания ШИМ контроллера.


Блок питания собран по топологии прямоходового однотактного, соответственно рядом с трансформатором имеется накопительный дроссель.


1. Транзисторы 17N80C3, пара включена параллельно.
2. Y-конденсатор между первичной и вторичной стороной.
3. На выходе пара диодных сборок, включенных параллельно, но об этом позже.
4. По выходу три конденсатора 470мкФ 63 вольта, дросселя для снижения пульсаций нет.


Снизу компонентов нет, плата относительно чистая, имеются защитные прорези, так что здесь все нормально.


Первое включение и первые странности.
Для начала меня удивило то, что выходное напряжение постепенно росло от примерно 57.5 (фото делалось уже чуть позже) до 60.2, но мало того, мощность, потребляемая от сети составила около 10-11Вт.
Поначалу думал что какие-то проблемы с электролитическими конденсаторами (встречал такое), но даже в таком случае БП без нагрузки должен устанавливать на выходе напряжение сразу.


Но как мы понимаем, если устройство потребляет энергию, а к выходу ничего не подключено, то вся эта энергии должна где-то рассеиваться. Ниже фото спустя несколько минут после включения, потом еще через 10 минут, а потом после получасового прогрева.
Выясняется, что греется диодная сборка, причем примерно до 83-85 градусов и это без нагрузки, за радиатор держаться невозможно.


Причина данного нагрева мне была понятна сразу, но для начала решил решить проблему ухода напряжения, а заодно подкорректировать его и убедиться, что предположение насчет прогрева было верным.

Как и положено, у блока питания имеется цепь обратной связи и делитель напряжения. Синим отмечен верхний резистор делителя, зеленым нижний, а красным пара корректирующих резисторов, включенных параллельно друг другу, но последовательно с нижним резистором делителя.
Также на плате имеется место для установки подстроечного резистора, но гораздо проще заменить корректирующие резисторы.
Расчет показал, что в случае замены этих резисторов с 750 Ом на 1.5кОм я получу что-то близкое к требуемому.

Кроме того, в качестве корректирующих явно применены самые обычные резисторы, а не точные и это как раз объясняет уход напряжения от прогрева.
Я много раз встречал упоминания, когда кто-то отбирает из пачки обычных резисторов те, которые имеют нужное сопротивление и использует эти резисторы в точных цепях. Но проблема заключается в том, что точные резисторы не только имеют малый процент отклонения номинала, а и малый ТКС, т.е. зависимость сопротивления от температуры. И здесь мы как раз наблюдаем данный эффект.


Для понимания о чем идет речь, приведу кусок схемы отвечающей за обратную связь, цвета соответствуют цветам отмеченным выше.
Также скажу сразу, что по хорошему надо бы ограничить напряжение в цепи выхода TL431.


После замены корректирующих резисторов напряжение снизилось до примерно 53.5 вольта, но что важно, теперь оно практически не зависит от прогрева, на первом фото после включения, на втором после получасового прогрева. Изначальный дрейф составлял около 2.7 вольта, после замены резисторов на нормальные он снизился до 30мВ или почти в 100 раз!
Также снижение напряжения сказалось и на потребляемой мощности, что еще раз подтвердило мою догадку.


Теперь вторая проблема, повышенный нагрев выходных диодных сборок.
После демонтажа радиатора выяснилось что производитель поставил сборки MBRF20200CT, 20 ампер 200 вольт, что для подобного блока питания очень мало. Но в данном случае проявляется эффект, когда диод не пробивает, а просто растет обратный ток, соответственно этот ток греет сборку.
Для решения проблемы надо заменить диодную сборку на более высоковольтную, но не только, она должна быть при этом быстрой (Ultrafast, Hyperfast).

Изначально хотел поставить сборки в таком же корпусе, но оказалось, что подходящие в продаже найти сложно, пришлось заказать 60CPH03 в корпусе TO-247.
Данная сборка без изоляции, соответственно использовал кусочек слюды.
Конечно много кто скажет, что правильнее было сборку поставить ниже, тогда лучше отводилось бы тепло, но так как корпус TO-247 толще, то в данном случае мог мешать трансформатор, слишком он близко стоит.


Далее разметил места выводов старых диодов и сделал новые выводы чтобы попасть в старые отверстия. Здесь надо пояснить, что у прямоходового однотактного Бп по выходу фактически стоит два диода, один с выхода трансформатора, второй на общий выхода, катоды диодов соединены и подключены к выходному дросселю.
У конкретно этого БП каждая диодная сборка работает как эти два диода, но при этом сами сборки включены параллельно, т.е. удаление любой из них не повлияет на работоспособность. Но есть блоки питания, где каждая сборка является по сути одним диодом, иногда их даже ставят на разное напряжение, будьте внимательны.

Подал питание, все работает нормально, а потребляемая мощность снизилась с 8Вт до 3Вт.


Сравнение, оба фото сделаны спустя 30 минут после включения, оба без нагрузки, но слева до переделки, а справа после.


Вот теперь можно приступить к тестам и начну с проверки нагрузочных характеристик и точности удержания напряжения.


В общем-то здесь все отлично, на мой взгляд напряжение больше «убегает» от прогрева, чем от нагрузки, результаты: без нагрузки, при токе 2.5 и 5А, а потом опять без нагрузки.


Также блок питания нормально отнесся к нагрузке в 6 ампер, больше нагрузку не давал так как блок не мой и мне его еще отдавать, хотя думаю что в плане защиты от перегрузки скорее всего всё прошло бы нормально.
А вот КПД не сказал бы что высокий, у меня в пике получилось около 86-87%, шкала снизу кратна току в 0.5А.


Пульсации на выходе измерялись с применением фильтра из конденсаторов 1+0.1мкФ в режимах — без нагрузки и при токах 1.5, 3 и 5А.
В принципе с учетом выходного напряжения очень даже неплохо, при прямом подключении щупа конечно имелись «иголки», но на проводах к нагрузке они и осядут.


На низкой частоте пульсации также не назвал бы совсем критичными, кстати блок питания имеет диапазон входного напряжения 170-260В, т.е. «узкий».


Еще на начальном этапе мне не очень понравились выходные конденсаторы и было решено попробовать поставить другие. К сожалению конденсаторы показанные на фото ниже были лучшими, что я нашел в том же магазине где покупал диодную сборку.
Номинал и напряжение взял то же самое что и родные, хотел побольше, но они банально не влезли бы на плату.


И тем не менее даже они имеют ESR 33мОм против 56мОм у родных.


Чтобы немного сократить результаты сравнения приведу только тесты при максимальном токе нагрузки. Везде слева до замены конденсаторов, справа после.
1, 2. Прямое подключение щупа
3, 4. Щуп с фильтром
5, 6. НЧ пульсации.

Видно что новые конденсаторы почти никак не повлияли на короткие импульсы, но примерно в полтора раза срезали основные пульсации, что кстати примерно сходится с разницей в ESR старых и новых конденсаторов.
Также замена никак не повлияла на НЧ пульсации, что вполне логично, тем более что емкость новых конденсаторов чуть ниже.


Нагрев проверялся в три этапа, сначала при токах 1.5 и 3 ампера, а после того как блок питания прошел их, то и при 4.5 ампера. Каждый этап длился по 20 минут, при этом плата лежала просто на столе радиаторами вверх.

Здесь ситуация практически идентична версии на 24 вольта, дикий нагрев выходного дросселя. Также отмечу большую температуру термистора, в прошлый раз я её не измерял, но думаю там было бы то же самое.


Термофото после этапов 1.5 и 3 ампера.


А это уже после прогона при 4.5 ампера, из-за высокой температуры термистора мне даже пришлось сделать два отдельных фото чтобы фокус максимальной температуры не перескакивал на него.
Видимо пирометром я не мог корректно измерять температуру термистора и дросселя, на первом было около 175 градусов, на втором 160. А какой был запах, словами это не передать, китайский перегретый лак, у меня этот запах долго витал по всей комнате :)

А вот выходная диодная сборка работает вполне нормально, а значит правильно подобрана как по току, так и по скоростным характеристикам.


Выводы.
Ну что тут скажешь, по сути результаты всё те же что и были, БП на полную мощность может работать только с принудительным охлаждением, причем в обоих случаях максимальная длительная мощность была на уровне 250Вт.

Что делалось:
1. Заменены резисторы коррекции ОС, причин две — изменение выходного напряжения и повышение термостабильности.
2. Заменена выходная диодная сборка, причина — исходно стояли на низкое напряжение из-за чего происходил большой саморазогрев.
3. Заменены выходные конденсаторы — в полтора раза снизились пульсации, хорошо бы поставить что-то фирменное, но быстро купить не смог.

Что еще надо бы сделать:
1. Поставить стабилитрон в цепи оптрона, так как максимальное напряжение у TL431 составляет всего 37 вольт, а на выходе имеем сейчас 53.5. В нормально режиме стабилизации это не критично, а вот при переходных процессах могут быть проблемы.
2. Заменить выходной дроссель, судя по тестам он работает с перегрузом.

В остальном создалось ощущение, что это изначально был неплохой БП 24 вольта 150-180Вт, который потом «раскачали» до 300Вт, а затем начали поднимать выходное напряжение и сначала выпустили версию на 36 вольт, затем 48 и наконец 60.
Уже на текущем этапе доработка обошлась в сумму около $2.5, что составляет четверть изначальной стоимости БП, как по мне, то многовато для готового изделия.

Вот собственно пока и всё, не знаю что добавить, надеюсь было полезно :)