Небольшой рассказ о том, как выбрать правильный блок питания.
Я очень люблю ковыряться с разными блоками питания, отчасти это увлечение перешедшее в работу, потому пишу я про них много и часто.Сегодня обзор блока питания на 5 Вольт.
Но просто сделать обзор было бы совсем скучно, поэтому в этот раз я попробую рассказать какие компоненты в блоке питания за что отвечают и на что надо обращать внимание при выборе блока питания.
В обзоре будет много букв и не очень много фотографий. И хоть я буду стараться писать на понятном языке, но могу сорваться и начать выражаться неприличными словами типа — синфазный, насыщение, утечка и т.п. Если вдруг что то непонятно, спрашивайте, объясню 🙂
Блоки питания бывают разные, жидкие и газообразные мощные и не очень, на высокое напряжение и на низкое, с активным охлаждением и пассивным, с корректором и без, но общие принципы выбора особо не меняются, что я и покажу.
Для примера взят БП 5 Вольт 36 Ватт, но могу выложить статьи и по более мощным ‘собратьям’.
Судя по маркировке, блоки питания в таком корпусе изготавливаются на разную мощность и разные напряжения. мне уже попадался как то 12 Вольт блок питания в таком корпусе.
Технические характеристики блока питания, заявленные на наклейке.
Входное напряжение 100-240 Вольт
Частота питающей сети — 50/60Гц.
Выходное напряжение — 5 Вольт
Выходной ток (максимальный) — 7.2 Ампера
Максимальная мощность — 36 Ватт. Написано что общая, что подразумевали под этим в данном случае, не совсем понятно.
Блок питания относительно небольшой, высота примерно соответствует высоте спичечного коробка и составляет 37мм.Длина 85мм, ширина 58мм.
Вход, выход и заземление выведено на один клеммник.Клеммник имеет крышку, полностью она не открывается, не хватает буквально немного, рядом расположен подстроечный резистор для корректировки выходного напряжения и светодиод, показывающий что блок питания включен.
Так как снаружи блока питания ничего интересного нет, разве что блестящий перфорированный кожух, защищающий от удара током и помех, то посмотрим что внутри и как это все работает.Внешне претензий нет. Первым делом о культуре производства говорит монтаж. Если детали стоят ровно, отсутствуют пустые места на плате, а габаритные компоненты закреплены при помощи клея (ну или герметика), то чаще всего это признаки скорее хорошего БП, чем плохого.
Здесь установлено все аккуратно, но пустые места все таки присутствуют, хоть их и немного.
Внешний осмотр закончен, теперь можно перейти к более детальному описанию.Часть тепла передается на алюминиевый корпус, выполняющий роль радиатора. Это довольно таки классический принцип охлаждения подобных блоков питания.
Кстати повысить эффективность охлаждения можно закрепив блок питания к чему то теплорассеивающему. Не рекомендуется крепить такой блок питания на теплоизолирующую поверхность, либо делать это только при условии уменьшения нагрузки.
Тепло на корпус передается от двух деталей, это высоковольтный транзистор и выходной диод, о них я расскажу позже. Между компонентами и корпусом был нанесена теплопроводящая паста, а сами компоненты прижаты стальной пластинкой.
1. Клеммник, ну тут все понятно, отвечает за подсоединение входных и выходных проводов. при больших токах используют несколько одноименных клемм, например две плюсовые клеммы и две минусовые. Здесь на этом несколько сэкономили, так как выходной ток до 7.2 Ампера, а клемм всего по одной на полюс. Не скажу что это критично, но лучше когда нагрузку можно распределить.
2. Входной фильтр.
3. Диодный мост, выпрямляет сетевое напряжение, иногда устанавливается на радиатор (если выполнен в виде отдельного компонента), но в маломощных это не надо.
4. Конденсатор входного выпрямителя
5. Высоковольтный транзистор
6. Трансформатор
7. Выходной выпрямительный диод.
8. Выходной фильтр питания
9. Узел стабилизации и регулировки выходного напряжения.
Дальше я покажу и опишу вышеуказанные узлы более расширенно.Входной фильтр питания. На самом деле больше необходим для фильтрации помех, которые проникают от блока питания в сеть. Если у вас фонит радиоприемник при включении импульсного блока питания, то сначала проверьте, а есть ли в нем такой фильтр.
В полном варианте включает в себя дроссель с двумя обмотками, два конденсатора х типа (на фото желтый), два конденсатора Y типа (обычно небольшие голубого цвета). Также в фильтр помех входит конденсатор, соединяющий первичную и вторичную стороны БП, и соединяющий минус выходных клемм с корпусом, но они больше влияют на гашение помех по выходу.
Из-за этих Y1 конденсаторов незаземленный блок питания обычно ‘кусается’.
С дросселем и Х конденсаторами все просто, чем больше индуктивность и емкость, тем лучше, иногда даже применяют двухступенчатые фильтры (два дросселя).
В некоторых случаях фильтр упрощают, оставляя только дроссель, один конденсатор Х типа и один или два Y1 типа (между первичной и вторичной стороной БП и между минусом БП и корпусом). Это также вполне нормальное решение, но иногда вместо дросселя ставят ‘специально обученные перемычки’, либо убирают фильтр совсем, вот так делать нельзя, помехи гарантированы.
В данном случае мы видим ‘эконом вариант’, но вполне работоспособный, его можно было бы не дорабатывать, но производитель вместо правильных Y1 конденсаторов установил обычные высоковольтные (2.2нФ 2КВ). Это небезопасно, так как при пробое таких конденсаторов выход БП окажется соединенным со входом и может ударить током. пробить его может от всплеска напряжения вызванного например мощным разрядом молнии недалеко от линии электропередач.
Вывод, фильтр вполне жизнеспособен, но для безопасной эксплуатации лучше заменить конденсаторы голубого цвета обозначенные на плате как CY на правильные Y1 конденсаторы, либо заземлить корпус БП.
К сожалению подобным грешат наверное 90% недорогих БП.
Также, перед фильтром питания, в импульсных блоках питания устанавливается специальный терморезистор, который ограничивает бросок тока при включении. Здесь его нет, вернее его роль частично выполняет дроссель, это не очень хорошо, но в данном случае терпимо, при большой мощности БП (и соответственно конденсаторах большой емкости) он обязателен, а в особо тяжелых случаях даже стоит специальная схема, которая после включения его замыкает.
Работает он так: пока терморезистор холодный, его сопротивление велико и он ограничивает ток, после включения он нагревается и его сопротивление падает, и он не вносит больших потерь. Но если выключить блок питания, а затем включить не дождавшись остывания терморезистора, то бросок тока почти не будет ограничен.
После входного фильтра установлен диодный мост, который выпрямляет переменный ток, дальше уже постоянный ток поступает на электролитический конденсатор.Диодный мост бывает также разным, либо из отдельных диодов, либо в виде отдельного компонента, иногда его даже устанавливают на радиатор. В данном случае применено 4 отдельных диода. Диоды самые классические, 1N4007, вполне достаточно для такого блока питания. В дешевых блоках питания применяют вообще один диод, это очень плохо, так как входной конденсатор работает неэффективно.
Входной электролитический конденсатор. Ну тут все просто, чем больше емкость (в разумных пределах), тем лучше.
Для блока питания рассчитанного только под 230 (+/- 10%) необходимо конденсатор емкостью равной мощности БП. Т.е. если блок питания на 90 Ватт, то конденсатор ставят 100мкФ.
Для блоков питания рассчитанных под расширенный диапазон 100-240 Вольт емкость этого конденсатора должна быть больше в 2-3 раза.
В данном случае применен конденсатор емкостью 47мкФ на напряжение 450 Вольт (это очень хорошо, обычно применяют конденсаторы на 400 Вольт). Для входного напряжения 230 Вольт его емкость более чем достаточна (при мощности блока питания в 36 Ватт), но для работы при напряжении 100-150 Вольт он мал.
Емкость конденсатора влияет на следующие характеристики.
1. Диапазон входного напряжения при котором блок питания нормально работает.
2. Срок жизни конденсатора, из-за больших пульсаций конденсатор меньшей емкости состарится раньше, чем больше емкость, тем дольше будет жить.
3. Увеличение емкости положительно влияет на КПД блока питания, хоть и слабо.
Высоковольтный транзистор. Ну тут особо сказать нечего.Разве что тут не проходит правило — чем больше, тем лучше. Параметры транзистора должны быть оптимальны для примененной микросхемы ШИМ контроллера.
Может влиять максимальное напряжение, у этого транзистора оно равняется 600 Вольт, для данной схемы это вполне нормально, я встречал иногда на 800 Вольт, но это очень большая редкость.
Влияет еще вариант корпуса. Бывают в полностью пластмассовом корпусе, а бывают с металлической частью, тогда транзистор крепится к радиатору/корпусу через изолирующую прокладку. Вариант с полностью изолированным корпусом мне лично нравится больше.
Силовой трансформатор.Если сильно упростить, то здесь действует правило — чем больше, тем лучше.
В данном БП применена схемотехника ‘обратноходового преобразователя’, т.е. сначала открывается транзистор, ‘накачивает’ трансформатор (на самом деле не совсем именно трансформатор, но это не важно), потом транзистор закрывается и энергия от трансформатора ‘перекачивается’ в нагрузку через выходной диод.
Почему я написал насчет упрощения, дело в том, что размеры трансформатора зависят не только от мощности, а и от частоты работы блока питания. Чем частота выше, тем меньше можно применить трансформатор, но большинство ширпотребных блоков питания работают в диапазоне 60-130КГц, потому правило все таки действует.
Существуют более высокочастотные контроллеры, но высокая частота требует очень качественных материалов для трансформатора, потому цена такого БП будет гораздо выше.
Я встречал в дешевых АТХ блоках питания мощностью 250-300 Ватт трансформаторы размеров с пол спичечного коробка, но это была не работа на очень высокой частоте, а просто дикая экономия 🙁
Иногда спрашивают, а можно перестроить БП с 5 Вольт на 9, или с 19 на 12 ?
Чаще всего нельзя, так как трансформатор имеет определенное соотношение витков в первичной и вторичной обмотке, и перестроенный БП будет работать в не оптимальном режиме. или вообще не будет, так как у трансформатора есть еще одна обмотка, от которой питается микросхема ШИМ контроллера и напряжение на этой обмотке также зависит от напряжения на других обмотках.
В данном блоке питания трансформатор вполне соответствует заявленной мощности.
Выходной выпрямительный диод.От этого диода довольно сильно зависит надежность работы блока питания, одно из правил, диод должен быть рассчитан на ток в 2.5-3 раза больше, чем максимальный выходной ток блока питания. В нашем случае это 7.2х3=21.6
В данном блоке питания применена диодная сборка, состоящая из двух диодов. Согласно документации диод рассчитан на 20 Ампер (2х10) и напряжение 100 Вольт.
По току соответствует необходимым параметрам, а по напряжению значительно превышает требуемые.
Обычно для БП 5 Вольт достаточно чтобы диод был рассчитан на 45-60, для БП 12 Вольт на 100 Вольт, для 24 Вольта надо уже 150 Вольт.
Но на самом деле, слишком хорошо это тоже плохо. Объясню почему.
Диоды Шоттки вещь очень хорошая, имеют маленькое падение, быстрое переключение, что положительно сказывается на КПД блока питания и его нагреве.
Но в отличии от обычных диодов у них более выражена разница в зависимости падения на нем от максимального напряжения, на которое рассчитан диод. Т.е. диод на 45 Вольт запросто имеет падение в 1.5 раза меньше чем диод на 100 Вольт. Т.е в данном БП лучше смотрелся бы диод на 30-40 Ампер и 60 Вольт, КПД был бы выше, а цена практически той же.
Т.е. по факту в этом БП применен хороший диод с большим запасом по напряжению, это надежно, думаю что если и сгорит он, то одним из последних, но он просто не совсем оптимален.
Выходной фильтр и узел стабилизации.Для начала здесь также существуют свои правила, например суммарная емкость конденсаторов желательна из расчете 1000мкФ на каждый 1 Ампер выходного тока, но на самом деле БП вполне нормально работает и при в 2 раза уменьшенной емкости. Не менее важно максимальное напряжение на которое рассчитаны конденсаторы и их тип.
Выходное напряжение обычно желательно:
Для 5 вольт БП — 16, в крайнем случае 10 Вольт, ни в коем случае не 6.3
Для 12 Вольт — 25, в крайнем случае 16.
Для 24 Вольта, 35, ни в коем случае не 25.
Конденсаторы должны быть с низким внутренним сопротивлением (LowESR) и рассчитаны на 105 градусов, тогда будет работать долго.
В этом БП конденсаторы имеют емкость 1000мкФ, что дает в сумме 2000мкФ, исходя из этого максимальный длительный ток не желателен выше 4-5 Ампер. кратковременно можно снимать и больше, но сократится срок службы конденсаторов.
Кстати в этом блоке питания есть место для установки нормальных конденсаторов с диаметром 10мм, хотя сейчас установлены небольшие, диаметром 7мм.
Выходной дроссель, ну тут точно, чем больше, тем лучше. но следует учитывать, что важен не только размер, а и ток, на который рассчитан дроссель. Если дроссель намотан тонким проводом, то он будет греться. А если феррит, на котором намотан дроссель, перегревается, то его характеристики резко ухудшаются (при превышении определенной температуры). примерно на таком принципе работают индукционные паяльники, то там зло обратили во благо, но это уже тему другого обзора.
Здесь применен не очень мощный дроссель, позже при тестах мы к нему еще вернемся.
Схема стабилизации выходного напряжения. О ней я напишу чуть позже, так как она расположена снизу печатной платы, сверху расположен только подстроечный резистор для точной установки выходного напряжения и светодиод, показывающий что блок питания включен и работает (иногда это не одно и то же :).
Постепенно мы дошли до более ‘тонкой’ электроники. В данном БП основная часть компонентов расположена снизу, со стороны дорожек из-за того, что применены безвыводные (SMD) компоненты. В блоке питания могут быть применены и обычные детали, особого значения то не имеет, потому по большому счету на это не стоит особо обращать внимания.А вот на монтаж платы внимание обращать стоит. Плата должна быть изготовлена качественно, выводы припаяны и обкушены. а не торчать в разные стороны как попало. Желательно чтобы флюс был смыт, как минимум основная его часть.
К данному БП особых претензий нет, вполне заслуженные 4 балла. Не скажу что идеально, скорее нормально.
Я вообще имею привычку покрывать плату лаком после монтажа и промывки, но такое встречается только у брендов верхнего уровня и то чаще в промышленных устройствах.
Немного расстроило отсутствие защитного прореза под оптроном, разделяющим высоковольтную часть и низковольтную. Желательно чтобы были прорезы между близким расположением проводников разных сторон блока питания, это повышает безопасность.
По печатной плате я начертил принципиальную схему. По большому счету я взял схему одного из обозреваемых ранее БП и внес необходимые дополнения и коррективы так как большинство таких блоков питания построено по похожей (если не сказать одинаковой) схемотехнике.
Первичная сторона блока питания поближе.Отчетливо виден ШИМ контроллер со своей ‘обвязкой’, шунт из нескольких SMD резисторов, а также резисторы, которые входят в состав ‘снаббера’.
Кстати насчет ‘снаббера’, это такой узел, который гасит паразитные выбросы возникающие на высоковольтной обмотке трансформатора, выполняется в нескольких вариациях:
1. Диод + резистор + конденсатор (так сделано в этом БП), на схеме это R3, C3, DB1.
2. Диод + супрессор (аналог очень мощного стабилитрона — ограничителя).
3. Комбинация 1 и 2 пунктов, обычно применяется на больших мощностях.
4. Китайское ноу хау, не ставить его вообще. Так делают обычно в самых дешевых БП, типа зарядных для электронных сигарет и сотовых телефонов, которые продаются по три копейки.
Данный узел влияет на надежность БП
Шунт из нескольких SMD резисторов под номерами 9, 19, 21, 22, 23 предназначен для измерения тока через высоковольтный транзистор, это необходимо для защиты блока питания от перегрузки и короткого замыкания. При выходе блока питания чаще всего уходит в другой мир вместе с высоковольтным транзистором, ШИМ контроллером и резистором, который стоит между транзистором и контролером.
Пайка аккуратная, мало того, компоненты приклеены, это уже одна из ‘примет’ более-менее нормальных блоков питания.
В этом БП применен ШИМ контроллер неизвестного происхождения, но он полностью совпадает по выводам с контроллером 63D39, который в свою очередь является аналогом FAN6862.В небольших блоках питания применяется три вида схемных решений
1. Микросхема ШИМ контроллера + высоковольтный полевой транзистор.
2. Микросхема мощного ШИМ контроллера у которой внутри находится и полевой транзистор и шунт (иногда вместо шунта измеряется падение на полевом транзисторе в открытом состоянии)
примеры — TOP Powerintegrations, Viper и т.п.
3. Автогенератор, микросхем нет, иногда нет и защиты от превышения тока.
Первые два типа по сути аналогичны, третий гораздо хуже, если вы увидели небольшую микросхему, значит 99% у вас первый тип БП. Если на плате есть высоковольтный транзистор и рядом с ним еще 1-2 транзистора, но меньших размеров, то это на 99% автогенератор.
Здесь применено правильное решение, замечаний нет.
Вторичная сторона, отвечает за выпрямление и стабилизацию выходного напряжения.Некоторые люди заблуждаются, считая что за стабильность выходного напряжения отвечает первичная сторона (хотя есть и такие варианты БП). За точность стабилизации выходного напряжения отвечает именно вторичная сторона, так как она контролирует поведение первичной.
Отвечает за стабилизацию небольшая микросхемка под названием TL431, на этом фото она в очень маленьком корпусе с тремя выводами под названием V3. Эта микросхема — управляемый стабилитрон, при подаче напряжения с выхода блока питания на эту микросхему она управляет включением оптрона (на фото сверху платы, он между трансформатором и транзистором), который передает команду на ШИМ контроллер и он уже управляет мощностью БП, подстраивая ее так, чтобы на выходе было стабильное напряжение.
Напряжение на микросхему подается через делитель, иногда через просто два резистора, а иногда еще добавлен подстроечный резистор, при помощи которого можно изменить выходное напряжение в небольших пределах.
Существует еще одно заблуждение, что при выходе блока питания из строя, обычно страдает и то, что подключено. Скажу так, такое возможно, теоретически, но реально бывает ОЧЕНЬ редко. Также при выходе БП из строя вторичная сторона страдает реже всего, чаще всего все неприятности происходят на первичной (высоковольтной) стороне.
Иногда некоторые производители не делают стабилизацию выходного напряжения при помощи специальной микросхемы и оптрона, но это не очень хорошо. Мало того, у меня даже есть обзор блока питания, где есть оптрон, но он никуда не подключен.
Бывает даже влияет то, как разведены дорожки через которые измеряется выходное напряжение, это критично, особенно при больших токах.
В общем если есть оптрон и маленькая трехногая микросхема недалеко от выхода БП, то данный БП скорее всего с правильной стабилизацией.
Для большего понимания, что такое первичная (она же ‘горячая’;) сторона и вторичная (она же ‘холодная’;) я разделил на схеме стороны двумя цветами, черным цветом обозначены компоненты, которые относятся к двум сторонам одновременно.
Для начала первое включение (надо же было его когда нибудь включить). все заработало и ничего не сгорело :).При включении БП показал напряжение на выходе равное 5,12 Вольта.
Проверяем диапазон регулировки, он составляет 4.98-5.19 Вольта, вполне нормально.
После этого выставляем на выходе заявленные 5 Вольт.
Для проверки блока питания я использую ‘стенд’, состоящий из:Электронной нагрузки
Мультиметра
Осциллографа
Бесконтактного термометра.
Ручки и листика бумаги
Как и в прошлые разы я провожу ступенчатые тесты по 20 минут каждый, поднимая ток нагрузки после успешного прохождения теста. Щуп осциллографа стоит в положении 1:1.
Первый тест проводим без нагрузки, напряжение 5 Вольт, пульсации почти отсутствуют.2. Нагрузка 2 Ампера, напряжение 5 Вольт, пульсации на уровне 30-40мВ, отлично.
1. Нагрузка 4 Ампера, напряжение 5 Вольт, пульсации около 40мВ, отлично.2. Нагрузка 6 Ампер, напряжение чуть просело до 4.99 Вольта, пульсации практически неизменны и составляют около 40мВ, отлично.
1. Ток нагрузки 7.2 ампера, напряжение 4.99 Вольта, а вот пульсации очень выросли. Это плохо.Рост пульсаций обусловлен не только током нагрузки, а скорее нагревом дросселя (вернее его перегревом). Выше я писал, что сердечник дросселя (и трансформатора) меняет свои характеристики при нагреве выше определенной температуры. В данном случае дроссель начинает работать как просто кусок проволоки почти ничего не фильтруя. Если так перегреется трансформатор, то это закончится походом за другим БП. Именно из измерения температур я делаю выводы от том, в каком режиме работает БП и какая его максимальная мощность.
Дроссель в этом БП намотан тонким проводом, потому он имеет большое сопротивление и сильно греется.
Ради эксперимента я охладил дроссель и измерил пульсации под нагрузкой еще раз. на всякий случай я сделал фото экрана осциллографа ‘ в режиме реального времени’, а не в режиме удержания показаний.
2. Тока нагрузки 7.2 Ампера, дроссель охлажден до 88 градусов (правда я невольно немного охладил и весь БП, но в основном охлаждал дроссель), пульсации составляют максимум 50мВ.
Согласно результатам тестирования, была составлена небольшая табличка температур основных элементов данного блока питания.Немного о температурах.
Пускай вас не пугают температуры под 100 градусов у транзисторов и диодов, при таких температурах они себя вполне нормально чувствуют.
Гораздо более критична температура трансформатора и дросселя, а также электролитических конденсаторов. В данном БП после 1час 40 минут тестирования (последняя колонка + 20 минут под максимальным током) выходные конденсаторы разогрелись до 104.2 градуса, это очень плохо, но судя по температуре дросселя в 142 градуса я думаю что основной ‘вклад’ в этот результат дал именно он и если его заменить, то температура конденсаторов значительно снизится.
Вообще диоды и транзисторы нормально могут работать и при 130-140 градусов, но я считаю это большой температурой. Раньше в наших справочниках писали — запрещается эксплуатация компонентов при превышении более чем одного из параметров, я стараюсь не превышать вообще никакие параметры.
В данном БП самым греющимся компонентом является выходной дроссель, температуры остальных компонентов даже под максимальным током и после длительного прогрева находятся на безопасном уровне, я был даже удивлен что диод так мало нагрелся.
При измерении температур измерялась температура именно компонента, а не радиатора, на котором он установлен, это дает более точное понимание процесса.
Резюме.Плюсы
БП отлично держит выходное напряжение, пока это самый лучший результат среди протестированных мною БП.
Уровень пульсаций можно было бы считать очень хорошим, если бы не перегрев дросселя на максимальном токе и последующий рост пульсаций.
Общий нагрев БП находится в пределах допустимого.
Неплохое общее качество изготовления БП.
Входной конденсатор на 450 Вольт
Минусы
Дроссель ‘несоразмерен’ выходному току БП, перегрев.
Выходные конденсаторы установлены заниженной емкости.
Применены не правильные Y, а обычные высоковольтные.
Мое мнение. Данный блок питания можно вполне безопасно эксплуатировать при токе нагрузки до 5-6 Ампер, но если заменить выходной дроссель и конденсаторы, то можно спокойно длительно работать и при токе 7 Ампер. При тесте я кратковременно нагружал его током 7.5 Ампер, работал абсолютно без проблем. т.е. запас по мощности у этого БП есть.
Очень жаль, что опять сэкономили на конденсаторах, соединяющих первичную и вторичную стороны БП и поставили обычные высоковольтные, но судя по моей практике разбора недорогих БП, так делается очень часто 🙁
Обрадовала точность стабилизации выходного напряжения, при изменении тока нагрузки от холостого хода до 7.5 ампер выходное напряжение снизилось всего на 10мВ, это просто отлично, честно, я не ожидал.
В общем такой себе БП-конструктор с хорошим потенциалом, но буквально ‘просящий’ доработки.
На этом пока все. Надеюсь что немного помог тем, кто испытывает затруднения при выборе блоков питания. Частично обзор является ответом на многие вопросы, которые мне иногда задают, но в планах продолжение (скорее дополнение) данного обзора-объяснения, но уже с другим блоком питания, заметно мощнее.
И все же, что должно быть в нормальном БП
А если кратко по пунктам, то:
Клеммник, при большом токе лучше когда выходных клемм больше одной пары.
Терморезистор (покажу в другом обзоре), в маломощном БП желателен, в мощном обязателен.
Входной дроссель, обязателен если не хотите помех на радиоприемники. да и просто в сеть.
Входной электролитический конденсатор, минимум 400 Вольт, если 450, то вообще отлично, емкость минимум равняется мощности БП в Ваттах.
Высоковольтный транзистор, тут все проще, меньше чем на 600 Вольт еще не встречал (в с такой схемотехникой).
Трансформатор, если грубо, то чем больше, тем лучше. при работе проверить нагрев, если греется более 95-100 градусов — плохо.
Выходной диод, данные есть в тексте, ток не менее 2.5-3 раза от выходного, напряжение не менее 100 Вольт для 12 Вольт БП и не менее 45-60 для 5 Вольт БП
Выходные конденсаторы — Емкость чем больше (но в разумных пределах), тем лучше, но не менее чем 470мкФ на 1 Ампер, лучше 1000мкФ на 1 Ампер. Конденсаторы должны быть LowESR 105 градусов и напряжение не менее 10 Вольт для 5В БП и 25В для 12В БП.
Выходной дроссель, чем больше. тем лучше. Но с максимальным током, соответствующим выходному току БП.
Наличие регулировки выходного напряжения, необязательно, но приветствуется.
Обязательно наличие стабилизации на вторичной стороне.
Обязательно наличие ШИМ контроллера, а не транзисторной схемы.
Все элементы должны быть хорошо прижаты к радиатору/корпусу.
Предохранитель ДОЛЖЕН БЫТЬ.
Обязательно наличие правильных конденсаторов Y типа между сторонами БП (присутствие надписи Y1 на конденсаторе)
Общая аккуратность сборки говорит о контроле со стороны производителя, если БП изначально собран ‘криво’, то от него уже тяжело ждать хороших результатов.
Именно по этим критериям я оцениваю качество блока питания
|
Блоки питания с балластным конденсатором и разделительным трансформатором завоевали популярность у радиолюбителей благодаря малым габаритам и тем, что они гальванически не связаны с сетью. Однако при разработке таких устройств необходимо учитывать ряд факторов, чтобы исключить аварийные ситуации, в результате которых могут выйти из строя не только источник питания, но и нагрузка. Автор статьи, обобщив опыт создания подобных устройств, рекомендует, на что следует обратить внимание при их конструировании и налаживании. В радиолюбительской практике широкое применение нашли источники с балластным конденсатором и разделительным трансформатором [1-6]. Подобное решение позволяет конструировать малогабаритные блоки питания. Рассмотрим некоторые вопросы проектирования таких устройств на примере маломощного источника питания, описанного в [1] (см. рисунок). Трансформатор Т1 выполняет функцию разделительного. Он работает при малом входном и выходном напряжении. Его конструкция весьма проста. Конденсатор С1 — балластный, а резистор R2 ограничивает импульс тока при включении. Напряжение на первичной обмотке трансформатора ограничивают стабилитроны VD1 и VD2. В колебательном контуре, состоящем из конденсатора С1, индуктивности первичной обмотки трансформатора L и приведенного к первичной обмотке сопротивления нагрузки Rн, возможен резонанс, который может привести к выходу из строя источника питания. Допустим, что в нагруженном источнике на первичной обмотке напряжение равно 20 В (типичный случай). Это означает, что приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки RН примерно в 10 раз меньше емкостного сопротивления |Xc1| конденсатора С1 и образует с ним делитель напряжения 10:1 (приближенно), т.е. |Хс1|=10Rн. При правильно рассчитанном трансформаторе индуктивное сопротивление первичной обмотки |XL| должно примерно в 10 раз превышать приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки Rн поэтому добротность упомянутого контура крайне низка, никакого резонанса быть не может. Совершенно иная ситуация возникает при отключенной нагрузке (на холостом ходу). Если выполняются указанные выше соотношения |Хс1|=10Rн и |ХL|=10Rн,то |Xc1|=|XL| и возникает резонанс. Если на вход вместо сетевого подать напряжение 1 …2 В, то на первичной обмотке ненагруженного трансформатора оно за счет резонанса увеличится в 10 и более раз — добротность получившегося контура достаточно большая, однако при подаче сетевого напряжения такого подъема не будет. С увеличением напряжения на обмотке сверх номинального (20 В) магнитопровод трансформатора входит в насыщение, его индуктивность уменьшается, и контур перестает быть настроенным в резонанс. Однако, если трансформатор выполнен с хорошим запасом по допустимому входному напряжению, подъем может быть весьма значительным. Это вызовет увеличение напряжения на конденсаторе С1 по сравнению с работой в номинальном режиме, и если конденсатор выбран без запаса — может произойти пробой. Возможны и другие не менее тяжелые последствия. Поэтому, как и для бестрансформаторного источника питания с балластным конденсатором, недопустима работа без номинальной нагрузки. Обычное решение — подключение стабилитрона к выходу источника или двух встречно-последовательно соединенных стабилитронов (или одного симметричного) к первичной обмотке (см. рисунок). Так задача решается для относительно маломощных блоков питания. Для аналогичных мощных устройств (очень простыми получаются зарядные устройства для автомобильных аккумуляторных батарей [2-4]) такими мерами не обойтись. Здесь можно подключить параллельно первичной или вторичной обмотке аналог симметричного динистора [7, рис. 5,а] или обеспечить релейную защиту от режима холостого хода [3]. Особое внимание необходимо уделить выбору балластного конденсатора по номинальному напряжению. Это наибольшее напряжение между обкладками конденсатора, при котором он способен надежно и длительно работать. Для большинства типов регламентируется номинальное напряжение постоянного тока. Допустимое напряжение переменного тока всегда меньше номинального, за исключением металлобумажных конденсаторов МБГЧ, К42-19, полипропиленовых К78-4 и полиэтилентерефталатных К73-17 на номинальное напряжение до 250 В включительно, у которых эти параметры равны. Поэтому при выборе типа и номинального напряжения необходимо воспользоваться справочником по электрическим конденсаторам и помнить, что расчет проводят для амплитудного значения переменного напряжения. В момент подключения (или отключения) блока питания к сети в его цепях
происходит переходный процесс, который через некоторое время сменяется установившимся режимом. Не вдаваясь в теоретические основы переходных процессов, отметим два закона коммутации:
При подключении блока питания к сети конденсатор еще не заряжен и падение напряжения на нем равно нулю. Ток в индуктивности не может возникнуть мгновенно, поэтому напряжение на резисторе равно нулю и сетевое напряжение полностью приложено к первичной обмотке трансформатора, которая рассчитана на существенно меньшее значение. Именно при включении возникает высокая опасность межвиткового пробоя и исчезает преимущество в простоте исполнения трансформатора с намоткой «внавал», чем он и заслужил широкую популярность у радиолюбителей. Особенно опасно подключение блока питания к сети, в которой в этот момент действует амплитудное или близкое к нему напряжение. Актуальное значение приобретает задача ограничения напряжения на первичной обмотке в момент подключения. Токоограничительный резистор не спасает в такой ситуации. Это заставляет искать иное решение, позволяющее предупредить возможность межвиткового пробоя в трансформаторе и защитить элементы блока питания от повышенного в десятки раз напряжения. Ограничитель напряжения на двух встречно-последовательно включенных параллельно первичной обмотке стабилитронах (см. рисунок) позволяет решить и эту задачу. Для каждого полупериода ограничитель работает как параметрический стабилизатор напряжения на первичной обмотке трансформатора. Балластную функцию выполняет при этом в основном токоограничительный резистор R2. Резистор должен быть рассчитан на кратковременный ток перегрузки, а стабилитроны, как правило, обеспечивают его. Если в номинальном режиме стабилитроны открываются и работают как стабилизаторы, может возникнуть разность амплитуд импульсов выпрямленного тока положительной и отрицательной полуволн. Такой эффект объясняется тем, что положительные полуволны стабилизирует один стабилитрон, а отрицательные — другой. Известно, что напряжение стабилизации двух экземпляров стабилитронов даже одной партии может значительно различаться. Это порождает дополнительную составляющую пульсации частоты 50 Гц, которую труднее подавить сглаживающим фильтром, чем 100 Гц. Для уменьшения дополнительной составляющей пульсации, возникающей из-за различия напряжения стабилизации, можно рекомендовать вместо встречно-последовательного соединения двух стабилитронов включить один стабилитрон в диагональ диодного моста параллельно первичной обмотке. Это позволит сохранить надежность блока питания. Если не предъявляются повышенные требования к стабильности выходного напряжения, можно рекомендовать подборку стабилитронов с минимальным напряжением стабилизации на 1…3 В больше максимального амплитудного напряжения на первичной обмотке в установившемся режиме. Параметрический стабилизатор в этом случае будет выполнять функции только ограничителя напряжения в момент включения и на холостом ходу. А после выхода блока питания на установившийся режим он автоматически отключается, значительно повышая экономичность блока. ЛИТЕРАТУРА Б. САДОВСКОВ |
Из чего состоит импульсный блок питания часть 2
Я уже выкладывал видео по отдельным частям блока питания, но подумав решил, что делал это неправильно, а точнее, не совсем последовательно и решил исправиться.Этой статьей я начинаю небольшой цикл из серии — "как это работает", где попробую показать поочередно все узлы типового импульсного блока питания, а также рассказать их предназначение и возможные места отказа компонентов.
Как я уже рассказывал, типовой блок питания состоит из следующих узлов:
1. Входной фильтр и выпрямитель с фильтрующими конденсаторами.
2. ШИМ контроллер и транзисторы инвертора.
3. Силовой трансформатор и цепи гашения выбросов.
4. Выходной выпрямитель, конденсаторы выходного фильтра и цепь обратной связи.
Если нарисовать упрощенную блок схему, то выглядеть это будет так. Бывают конечно некоторые исключения, но в целом картина будет очень похожа.
В качестве исключения скажу, что еще существуют блоки питания с переключаемыми конденсаторами, но это уже экслюзив.
Почти все узлы в свою очередь можно также разделить на составляющие части, потому возможно я буду описывать это отдельно, но сегодня я расскажу о том, с чего начинается импульсный блок питания. Например в планах выделить отдельное видео для описания корректоров коэффициента мощности.
А начинается блок питания со входного помехоподавляющего фильтра, выпрямителя и фильтрующих конденсаторов.
Первой идет защита, включающая в себя предохранитель, варистор, термистор и резистор для разряда входного помехоподавляющего конденсатора 
Вторым идет фильтр от помех, попадающих от блока питания в сеть.
Он включает в себя конденсаторы Х и Y классов, а также синфазный дроссель.
Ну а последним будет выпрямитель и фильтрующие конденсаторы.
Хотя я уже рассказывал о входном фильтре и элементах защиты, но все таки немного отвлекусь на них и здесь.
Нормальный входной фильтр выглядит примерно так.
Как вариант так. Здесь также виден дроссель, конденсаторы, предохранитель и варистор.
Или вот фильтр блока питания Менвелл. 
Вообще как я говорил, фильтр импульсного блока питания вещь не только важная, а часто и довольно сложная. иногда сложность и количество элементов фильтра становится сопоставимой с простеньким блоком питания. Например вот схема более сложного фильтра.
Кстати, подобные фильтры продаются как отдельные устройства, например от того же Менвела.
Мало того, сверху производитель даже указал схему, что весьма непривычно.
Вообще подобные фильтры попадались в отечественной компьютерной технике, до сих пор дома один такой лежит.
Но в любом случае ключевым элементом фильтра является двухобмоточный дроссель, благо определить его наличие весьма несложно.
Но попадаются весьма экономичные производители (которым не мешало бы по рукам надавать), которые вместо него ставят перемычки, понятно что они ничего не фильтруют.
Чаще всего они попадаются в самых дешевых блоках питания. Хотя у меня были исключения, в дорогом блоке были, а в дешевом стоял дроссель.
Не менее важным элементом является предохранитель. Для начала они бывают разные, а то и вообще заменяются резистором.
Нет, конечно есть специальные резисторы, но в итоге ставят обычные.
Для начала предохранители бывают разных типов и размеров. Такой маленький как на фото я бы не назвал хорошим.
А вот правильный вариант, он мало того что больше, так еще и защищен термоусадкой. И дело не в том, что больше — лучше, мы ведь не по Фрейду определяем размер предохранителя. Просто у большего предохранителя больше расстояние между выводами, потому разрыв цепи более надежен.
Обычно принято считать, что предохранитель должен защищать технику. Это так, но лишь наполовину. Если в схеме стоит варистор, то в случае превышения напряжения он начнет его ограничивать и в итоге спалит предохранитель, защитив тем самым технику. Мне попадалась фирменная техника, на которую подавали более 300 Вольт после отгорания нуля, после замены варистора и предохранителя все работало как и раньше.
Если варистора нет, то предохранитель выполняет только функцию защиты вашей электропроводки.
Маркировка варисторов очень проста. Три цифры, первые две значение, третья — множитель. Например в блоках питания ставят варисторы на 470 Вольт, маркировка 471.
Ну и конечно же конденсаторы. Я рассказывал о них в отдельном видеоролике, потому коротко.
Во первых конденсаторы Y типа легко спутать с варисторами, так как они имеют похожую маркировку, цвет и размеры. но у варисторов обычно маркировка проще, а Y конденсаторы толще и меньше. потому просто внимательно читайте маркировку.
С конденсаторами X типа, на фото он справа, все гораздо проще, ищем маркировку X1 или X2, а также указание рабочего напряжения.
Безопасные конденсаторы обычно имеют больше количество маркировки, потому отличить их можно даже по внешнему виду.
И соответственно X типа. Они бывают еще в корпусе голубого цвета, их можно увидеть в начале видео.
Следующим после всех фильтров идет выпрямитель. Его задача проста, получить из переменного тока постоянный, но и здесь могут ждать сюрпризы.
Обычно для выпрямления в импульсных блоках питания применяют диодный мост, это как бы понятно и естественно.
Но некоторые производители умудряются экономить даже на этом. У меня где-то валяются копеечные блоки питания в которых применен однополупериодный выпрямитель, а по сути только один диод.
В таком варианте уровень пульсаций на выходе выпрямителя будет существенно больше при той же емкости. Его конечно можно доработать, установив недостающие три диода, но если на нем так сэкономили, то дешевле его выкинуть.
Диодный мост может быть выполнен из отдельных диодов, либо на базе диодной сборки, что конечно куда удобнее.
Кстати меня как-то спрашивали, а надо ли устанавливать диодную сборку на радиатор. Скажем так, это зависит от многих факторов, но если блок питания имеет пассивное охлаждение, то лучше привинтить к ней небольшой радиатор, например как сделано в блоках питания Менвелл.
Причем на фото блок питания мощностью всего 150 Ватт.
У блоков питания небольшой мощности чаще всего стоит только один конденсатор, хотя мне встречались и исключения.
Чаще всего эти блоки питания рассчитаны на широкий диапазон питающего напряжения.
У более мощных блоков питания вы скорее всего увидите вот такой переключатель. Он позволяет переключать диапазон входного напряжения в режим 110 или 220 Вольт.
При этом рядом будут находиться два конденсатора. Это все конечно необязательно, бывают мощные блоки питания с одним конденсатором и об этом я обязательно расскажу, Также встречаются маломощные с двумя конденсаторами, просто чаще всего сделано так, как видно на фото.
В сети я встречал заблуждения и некоторое непонимание процессов, происходящих при переключении напряжения, попробую объяснить.
В обычном для нас режиме выключатель разомкнут и к выходу диодного моста подключены два последовательно включенных конденсатора.
Резисторы нужны для разряда конденсаторов и небольшого выравнивания напряжения на них.
Так как не у всех в розетке 220 Вольт, а иногда бывает и в два раза меньше, то придумали простой вариант переключения.
Если замкнуть выключатель, то средняя точка соединения конденсаторов подключается к одному из входных контактов, диодный мост при этом начинает работать как два диода.
Если диоды поставить немного по другому, то схема становится более понятной.
И превращается в два однополупериодных выпрямителя, но включенных так, что один заряжает первый конденсатор от положительной полуволны, а второй делает то же самое со своим конденсатором, но от отрицательной. В итоге два меньших напряжения складываются и получаются полные 300-310 Вольт. Называется эта схема — выпрямитель с удвоением напряжения. Такой финт возможен только на переменном токе, благо много лет назад он выиграл в соревновании с постоянным.
Но у такого решения есть и небольшой минус. Так как схема работает в режиме удвоения, то если замкнуть выключатель при наших 220 Вольт, можно получить печальный результат. Выпрямитель попытается зарядить конденсаторы до напряжения в 310 Вольт каждый, а они обычно рассчитаны всего на 200.
В лучшем случае у них вздуются крышки и вся комната будет напоминать банку с молоком.
Но у меня были случаи и похуже, когда конденсатор просто разрывало и на плате оставалось только резиновое донышко.
Главное в такой ситуации, чтобы отлетевшая крышка не попала куда нибудь в важный орган, например глаз.
Следующий важный вопрос, который мне задают очень часто, это как определить необходимую емкость входного конденсатора.
Обычно рекомендуется емкость в микрофарадах равная мощности блока питания в Ваттах, но здесь также есть свои нюансы, попробую рассказать и показать на графиках.
В первом примере сетевое напряжение нормальное и емкость с запасом, видны небольшие пульсации.
Вот входное напряжение немного просело, все в порядке, за исключением того, что пульсации приблизились к желтой зоне, но пока это не критично.
Вернем напряжение в норму, но увеличим нагрузку. сразу видно что растет размах пульсаций, такой режим уже может быть вреден для входного конденсатора, в итоге у него снижается срок службы.
Оставим ту же мощность, но снизим входное напряжение. Амплитуда пульсаций немного возрастает, так как недостаток напряжения инвертор пытается компенсировать большим временем, в течение которого отбирается энергия от конденсатора. Вредно, но все работает.
Опустим напряжение еще ниже, ведь бывают такие ситуации, причем не обязательно на длительное время, например запуск компрессора холодильника или кондиционера при слабой сети может дать заметную просадку.
Напряжение на конденсаторе падает ниже красной зоны, т.е. на выходе блока питания мы увидим пульсации с частотой 100 Герц, это уже плохо.
Еще один эксперимент, поднимем немного напряжение, но уменьшим емкость конденсатора, результат такой же как и был, только размах пульсация стал больше, теперь это еще и очень вредно для конденсатора.
В приличных блоках питания обычно ставят конденсатор с большим запасом, это необходимо для стабильной работы в широком диапазоне питающего напряжения и увеличения срока службы конденсаторов.
Например блок питания монитора, мощность около 40-50 Ватт, конденсатор стоит с емкостью в 120мкФ, хотя при расчете только для 220 Вольт хватило бы и 47-56 мкФ. Мы же не думаем что производитель сделал это по доброте душевной.
Для улучшения параметров блока питания можно увеличить емкость конденсаторов, например поставив параллельно еще пару. но учтите, конденсаторы обязательно должны иметь одинаковую емкость, а желательно еще и быть при этом одинаковыми.
Так поступают производители некоторых блоков питания, здесь четыре конденсатора попарно соединены параллельно-последовательно.
Но также можно поставить один конденсатор по общей шине 310 Вольт, но в этом случае он должен быть минимум на 400 Вольт.
Я так дорабатывал блоки питания для мощного регулируемого блока. Ниже видно выпаянный переключатель входного напряжения, рекомендую делать это и другим, так как раз в год и выключенный блок питания может сгореть. 🙂
Еще один популярный вопрос, какие конденсаторы лучше ставить, фирма, марка и т.п.
В китайских блоках питания часто стоят либо подделки под фирменные, либо просто дешевые безымянные конденсаторы. Они конечно хуже чем фирменные, но практика показывает, что в данной цепи это не критично.
Главное чтобы конденсатор не оказался "матрешкой", потому лучше измерить им емкость и дальше принять решение, поменять или добавить им дополнительно другие.
В фирменных блоках питания конечно стоят нормальные конденсаторы, подделки или безымянные не попадались.
А теперь по поводу производителей. На самом деле к качеству входного конденсатора предъявляются не такие жесткие требования как в выходным. Но если хочется как лучше, то я бы советовал отказаться от нонейма и посмотреть в сторону фирменных конденсаторов.
Выбор их довольно большой, например Ниппон.
Или Samwha, которая раньше была Самсунгом, относительно недорого и качественно.
Nichikon, но они стоят дороже и попадаются реже.
Рубикон также хорошие конденсаторы, вот только жаль что их и подделывают довольно часто. Например в примерах выше они называются РубиконГ, как вы понимаете это совсем другое.
Кроме того рекомендую весьма хорошие конденсаторы CapXon серии KF
Или Jamicon.
Под конец я оставил вопрос, который мне задают немного реже, но тем не менее он также важен для правильного выбора конденсаторов фильтра.
Меня спрашивали о том, с какой максимальной рабочей температурой купить конденсаторы для замены родных в блоке питания.
По большому счету нормально будут работать и 85 и 105 градусов, но если ваш блок питания имеет пассивное охлаждение, то я рекомендовал бы применить конденсаторы рассчитанные на 105 градусов, в таком блоке питания они будут жить дольше. Если блок питания имеет активное охлаждение, то я не думаю что вы заметите существенную разницу.
Напоследок несколько фото уже почти раритетного блока питания. Этот блок был установлен в каком-то старом компьютере, если не путаю, болгарского производства. Там же была и клавиатура на датчиках Холла, при этом выполненная в металлическом корпусе, вещь практически неубиваемая, но от нее остались только кнопки с датчиками, теперь жалею что разобрал.
Так вот это блок питания с пассивным охлаждением и активным корректором мощности, т.е фактически тем, что сейчас продвигают как важную особенность. А 30 лет назад это уже было и довольно широко использовалось.
Блок имеет мощность в 270 Ватт, хотя на самой плате указано 260 Ватт. Выходные напряжения только 12 и 5 Вольт.
Произведен фирмой Boschert. Но как же я был удивлен узнав, что они даже вполне продаются, правда восстановленные.
А вот так выглядит мой блок питания. Возможно устрою ему отдельную фотосессию, думаю что он это заслужил 🙂
Извините за пыль, все таки много лет на балконе + переезд и ремонт в квартире.
На этом сегодня все, как всегда жду вопросов и предложений тем для новых видео и обзоров.
Опять чуть не забыл, собственно видео. Снимал первый раз в таком формате, если имеет смысл делать и дальше так, то пишите.
Тестирование блоков питания: теория
Оглавление
Вступление
Для оценки блока питания может использоваться много приемов, но вам не кажется, что многие из них ничем не отличаются от того, что пропагандируется средствами вещания? А именно, являются рекламой. Можно понять производителей, их задача заинтере…, о чем это я? – продать свой товар. И чем меньше предоставляется конечному пользователю достоверной информации, тем лучше. Хотя сразу возникает вопрос – кому от этого лучше? Увы, не потребителю этой продукции, не нам с вами. Так что вынужден извиниться за обилие технической информации, которую подчас сложно сразу охватить неподготовленному читателю.
Пройдет некоторое время, накопится опыт и специфические знания по тематике, и вам станет четче заметна разница между различными типами и конкретными моделями тестируемых устройств. Это позволит выбрать как раз то, что нужно именно вам. На этом вопрос «переизбытка ненужной цифири» позвольте закрыть, хотя бы временно.
Что есть, и стоит ли это есть
Для оценки блока питания существует много приемов, но методики тестирования БП в русскоязычном сегменте интернета в большинстве своем состоят из следующих разделов:
- Внешний вид коробки и упаковки;
- Внешний вид кабелей;
- Картинки блока питания с разных ракурсов;
- Вид БП со снятой крышкой, несколько видов на используемые компоненты и конструктивные решения;
- Построение «Комплексной нагрузочной характеристики»;
- Измерение КПД и «Коэффициента мощности»;
- Измерение уровня шума;
- Выводы.
Внешний вид
Бывают разные изделия. Какие-то призваны услаждать взор, другие служат чисто утилитарным целям – обеспечивать работоспособность устройства.
Что касается блоков питания, то они используются только в составе системы и об их существовании пользователь может вспомнить лишь в момент очередной модернизации ПК, да и то не всегда. А до тех пор конкретный блок лишь число в спецификации оборудования и пользы от него ровным счетом никакой. При сборке можно заложить очень мощный «фирменный» БП и он прослужит ровно столько же, сколько и просто «добротный» – весь период времени жизни системного блока. Впрочем, данная характеристика скорее относится к «техническим» свойствам устройства. Что до «внешнего вида», то его целесообразность такая же, как у хряка в стразах, тьфу, БП в стразах.
Однако стоит отметить, что существует небольшой класс пользователей, увлекающихся моддингом. Различного вида подсветки, специальные прозрачные корпуса системных блоков – для всего этого весьма подходит гармонично выполненный и стильный тип корпуса БП. Но, увы, при этом не надо забывать, что в большинстве своем внутреннее обустройство системного блока выполняется в стандартных цветах «металлик» и БП черного или синего цвета будет лишь выпячиваться на фоне других компонентов. Короче говоря, внешний вид блока может быть и важен для (крайне незначительной) части покупателей, все остальные вынуждены оплачивать дизайнерские изыски компании-производителя из своего кармана.
Что до оформления коробки устройства, то смысла в ней еще меньше. Существуют полезные новшества, например, ручки для переноски или специальный корпус/упаковка из какого-нибудь благородного материала. Это неизбежно вызывает взрыв зависти у всех тех, кто не может позволить себе приобрести бессмысленно дорогую модель. Остается лишь понять, к какой стороне вам хочется быть отнесенным – тех, кто восторгается функцией, которой воспользуется один лишь раз и забудет о ней, или к другой стороне, не ставших тратить на это свои деньги.
Позвольте оценить полезность внешнего вида как «не важно» и не тратить на него ни свое, ни ваше время.
Внутреннее устройство блока питания
Знаете, всегда интересно посмотреть «что внутри коробки» и блоки питания в этом качестве очень любопытны. Большая мощность и крайне ограниченный объем порождают весьма изысканные конструктивные решения. Но что может полезного сообщить осмотр достопримечательностей? Наличие конденсаторов известных фирм повышенного качества? Или особо развитую сеть теплоотводящих элементов?… Или меру (не)удачности схемного решения? Пройдемся бегло по этим пунктам.
«Японские/твердотельные конденсаторы».
Хорошие конденсаторы значат очень много для блока питания. Скорее даже так – их срок службы, который может оказаться меньше ожидаемого пользователем, зависит только от скорости деградации свойств конденсаторов.
Причин здесь две – практически во всех БП конденсаторы работают либо на предельном уровне тока, либо превышают этот порог «до» нескольких раз. Типичный пример – конденсатор в выпрямителе 5VSB. Большинство (практически все) блоков питания средне-низкого качества выходят из строя из-за «высыхания» конденсатора в этой цепи. Большой импульсный ток, в несколько раз превышающий предельно допустимый, небольшие размеры, не слишком продуваемое место в топологии БП, влияние рядом расположенного радиатора низковольтной части (наиболее прогретого). Как следствие, «бесплатная помощь» не пропадает зря, конденсатор выходит из строя непозволительно быстро.
Для электролитических конденсаторов существует гарантированное время наработки, которое быстро сходит к «сотням часов» при приближении к предельной температуре и/или превышении максимального импульсного тока (последний вызывает сильный локальный нагрев внутренних структур конденсатора). Можно посмотреть характеристики весьма качественных устройств, которые могут устанавливаться в это схемное решение (однотактный обратноходовой преобразователь).
Возьмем типичное решение, 5VSB с предельным током нагрузки 2 ампера. Средняя скважность преобразователя 25%, что означает повышающий коэффициент *1.5 (цифра условная) тока конденсатора по отношению к выходной величине. Модель:
Форма токов в трех контрольных точках:
- Красный: ток диода;
- Синий: ток конденсатора;
- Желтый: ток нагрузки.
Импульсная форма тока через диод и конденсатор совпадают, различаются они лишь уровнем постоянной составляющей – конденсатор отдает запасенную энергию в момент паузы.
В спектральной плоскости:
Ток через конденсатор превышает выходной ток преобразователя уже на 15% и только для первой гармоники. Следующая гармоника идет с такой же весьма существенной составляющей, как и последующие. При этом следует учесть, что повышенная частота импульсного тока через конденсатор вызывает больший нагрев внутренних структур, чем ток низкой частоты, и его нормируют меньшей величины. К тому же, данная симуляция выполняет усреднение тока, а для правильного анализа требуется выполнять усреднение мощности (среднеквадратическое усреднение) и «действующая» величина тока окажется гораздо выше «+15%».Впрочем, попробуем забыть эти «мелочи» и просто посмотрим на достаточно качественную (и типичную для БП) серию конденсаторов. Скажем, Teapo серия SC. Температура 105 градусов, рабочая частота 100 КГц – им самое место под данное применение. Номинальное напряжение конденсатора должно быть не менее 6.3 В, но в ответственной цепи это слишком маленький запас – то есть 10 В. Под 2.3 ампера подходит либо 4700 мкФ, либо 6800 мкФ. В любом случае это будет конденсатор диаметром 16 мм и высотой 36 мм. Чем менее «фирменный» конденсатор в данной схеме, тем больше должны быть его геометрические размеры.
Теперь вопрос – вы когда-нибудь видели конденсаторы подобного размера в этой части БП? 16 х 36 весьма крупный конденсатор, не поленитесь дотянуться до линейки. При этом следует учесть, что расчеты составлены для тока нагрузки 2 ампера, а некоторые производители маркируют свои изделия цифрами «3 А», «3.5 А» и даже «4..5 А». Увеличение частоты преобразователя не снижает броски тока через конденсатор, здесь требуется сменить топологию,… которая сразу резко взвинтит цену и увеличит занимаемое место на плате, которого и так вечно не хватает.
Возвращаясь к обсуждаемой теме, хочется поинтересоваться, сколько раз вы видели, чтобы авторы обзоров после представления видов исполнения блока питания хоть как-то отмечали очевидно недостаточную «мощность» конденсатора по цепи 5VSB? При этом позвольте напомнить, конденсатор в этом месте «практически» определяет срок службы всего продукта, это крайне важный параметр надежности. И что? Открывают блок питания только для поиска «японских конденсаторов»… Думаю, с этим вопросом ясно.
Переходим к «твердотельным конденсаторам». Их применение в блоках питания несомненное достоинство конкретной модели – очень сильно возрастает надежность и срок службы устройства. Но, увы, данным конденсаторам свойственны некоторые недостатки, способные снизить качество формируемых напряжений. При исследовании одного БП, в котором на силовой выпрямительной части использовались «твердотельные» конденсаторы, я столкнулся с тем, что блок создавал повышенный колебательный процесс при импульсной нагрузке. Замена конденсаторов на обычные, но качественные, избавила его от данного недостатка.
Иначе говоря, для применения «твердотельных» конденсаторов требуются специальные схемные решения, которые применяются не в каждом случае и «банальная» замена одного типа на другой может принести лишь вред. Здесь можно порекомендовать лишь не западать на «особенные» конденсаторы – это может выйти боком, а пользоваться таким «уродцем» придется именно вам, за ваши же деньги.«Качественная/развитая система охлаждения».
Если взять два блока питания, в одном из которых будет «дохленький» радиатор, а в другом «густой и раскидистый», какой из двух вы выберете? Логично, что последний, там же больше деталей. С другой стороны, в первом может использоваться синхронный выпрямитель и LLC инвертер, что означает крайне низкий нагрев силовых элементов и банальную ненужность распределенного отвода тепла. Глаза говорят одно, реальное положение дел другое – кому верить? Автору обзора? Гм, а он просчитал эффективность примененного синхронного выпрямителя? Вполне может оказаться так, что «эффективный» синхронный выпрямитель выигрывает у «банального» диодного выпрямителя только при низком токе нагрузки, а при переходе к существенному уровню тока следует откровенный провал.
Критерием в данном случае является не размер радиатора, а его температура. Именно его температура, а не температура выходного воздуха из блока питания, предоставляемая некоторыми авторами обзоров. Короче говоря, у характеристики «размер радиатора» есть смысл только при приведении его температуры, без этого ссылка на развитость системы охлаждения несет такой же технический смысл, как и цвет корпуса БП.
«Удачность схемного решения».
Это очень короткий пункт и, собственно, спорить здесь не о чем. Внешний вид используемых компонентов не отражает величин токов и напряжений, протекающих в них в стационарных и динамических режимах работы. Сюда следует добавить, что простым изменением номиналов нескольких резисторов можно легко «угробить» БП. Надеюсь, у вас нет ощущения, что авторы обзоров по несколько дней изучают работу тестируемой модели с помощью осциллографа и специальной оснастки?Исследование внутреннего устройства блока питания следует проводить для выполнения следующих целей:
- Осмотр/расчет характеристик (мощности) конденсаторов в силовых цепях и, в особенности, 5VSB;
- Составление карты распределения шин 12 вольт от силового выхода.
О необходимости первого сказано выше, но никто данной глупостью не занимается, а о нужности распределения речь пойдет несколько ниже. Если в блоке питания единая выходная шина 12 вольт, то с подключением особых проблем возникнуть не должно. Но если шин несколько и на каждой введено строгое ограничение, то казусов не избежать. Доходит до того, что свежеприобретенный БП заведомо высокой мощности нельзя подключить к наличествующей конфигурации компьютера – срабатывает локальная защита.
Повторюсь, эти две характеристики снимать надо, в отличие от фотографий разноцветных конденсаторов с разных ракурсов. Вот только, кто это «надо» выполняет? Понятное дело, что цветные картинки увлекательнее и понятнее для основной целевой аудитории. Гм, «понятнее»?
Как итог обсуждения, если разбирать БП для приведения вида внутреннего устройства, то только с приведением анализа используемых компонентов (с цифрами, а не цветом раскраски). Иначе это пустая трата времени.Комплексная нагрузочная характеристика
Блок питания формирует несколько выходных напряжений и рекомендации ATX/EPS (как и другие) описывают принцип распределения мощности нагрузки по каналам в виде «Cross Loading Graph». Типичный вариант выглядит следующим образом:
В блоке несколько выходов и они оказывают влияние друг на друга. При изменении нагрузки по одному выходу следует обеспечивать минимальный-максимальный ток по «альтернативному» каналу. Рекомендации описывают зону и принцип распределения, но не формат представления данных. Идея раскрасить в разные цвета следует вовсе не из рекомендаций ATX/EPS, это самодеятельность авторов обзоров БП. После приведения замеров напряжений по зоне нагрузки, к чему нет никаких замечаний, данные преобразуются в цветовые пятна, которые влияют только на эстетическое восприятие. Технический обзор заведомо технического устройства с эстетическим представлением информации – да, меня это всегда вдохновляло,… чтобы закрыть статью сразу.
Ряд авторов приводит к «КНХ» дополнительно нагрузочные кривые и осциллограммы, что несколько снимает остроту проблемы. Почему же «КНХ» стали нормой для обзоров блоков питания? По нему неподготовленный читатель может сразу понять, хороший БП или нет – если на «КНХ» есть красные пятна, то БП плохой, а если только зеленые – все отлично. И как любой простой вывод он неверен. При эстетическом анализе цветовых пятен не учитывается зона работы блока в реальном компьютере. Если БП представляет в «КНХ» «ровное зеленое поле», то к такой характеристике придраться невозможно, но и наличие «красных пятен» для БП в местах, куда нагрузочная кривая никогда не попадет, ровным счетом ничего не значит.Без учета этого момента вы можете приобрести либо некачественный БП, либо потратить лишние деньги на то качество, которое никогда не используете. Например, проблему стабильности выходных напряжений можно решить установкой блока заведомо излишней мощности. Это решит проблему с изменением напряжения под нагрузкой, вот только в режиме простоя потребление компьютера окажется несколько выше ожидаемого – мощные БП характеризуются повышенными внутренними потерями. Оптимум это всегда компромисс. Что до самой «КНХ» в ее обычном исполнении, то смысла в ней меньше, чем кажется.
Измерение КПД и «Коэффициента мощности»
КПД – одна из характеристик, которая объективно оценивает качество БП. Если у блока питания высокая эффективность, это означает не только качественные схемные решения (по крайней мере, в силовой части), но и достаточно толстые проводники в соединительных кабелях и низкое выходное сопротивление. Обратное тоже, увы, часто верно – низкий КПД означает,… ну, посредственность для офисной печатной машинки.
Лично у меня нет никаких сомнений в полезности измерения данной характеристики, проблема в другом – когда максимум эффективности фиксируется в области выше 70% нагрузки или ниже 30% для общего уровня КПД выше 80%, то это сразу вызывает сомнение в адекватности средств измерения. К тому же, КПД может меняться только монотонно (возможны лишь резкие провалы), и наблюдение на графиках резких скачков вверх тоже приводит к нехорошим мыслям. В большинстве своем авторы обзоров используют самодельное оборудование, так что вопрос точности измерений остается актуальным.
Коэффициент мощности (КМ) показывает степень похожести тока потребления к напряжению питающей сети, то есть меру его не_реактивности. Забавно, что один из авторов обзоров считает, что значение КМ больше единицы не является чем-то необычным. Впрочем, в самой этой характеристике не так уж и много смысла. Если КМ достаточно высок, больше 0.9, то дальнейшее его повышение пользу не приносит. Положительный эффект может проявиться только при использовании сети передачи цифровых данных через электрическую розетку, но у этой технологии крайне низкое распространение и подбирать все блоки питания всех системных блоков только ради этого было бы крайне накладно, не говоря уже о бессмысленности самого действия.Почему я поставил вместе КПД и КМ? Некоторые авторы совмещают эту пару графиков на одной диаграмме, и читатель начинает их путать, благо и названия, и значения их очень похожи. Плюс к тому, авторы обзоров дополняют диаграммы хвалебными отзывами о высоком значении КМ – значения которого лишены смысла. Фактически это означает забивание головы читателя ненужной информацией для отвлечения от действительно ценной.
Стоит ли отмечать КМ? При формировании сертификата «80+» приводится лишь одно значение КМ при половинной мощности нагрузки БП. Что же, видимо, это и есть критерий разумности. Неподготовленный читатель зачастую не сможет самостоятельно оценить меру важности представляемой информации, поэтому если и приводить графики КМ, то с явным указанием о ее низкой значимости при его достаточно высоком уровне.
Измерение уровня шума
Как и по КПД, у меня нет никаких возражений по факту измерения данной характеристики. Сейчас, как и в дальнейшем, будут строиться тихие компьютеры, а потому оценка уровня шума составляющих системного блока представляется весьма актуальной.
Но и здесь есть подводные камни – в блоке питания вентилятор управляется в зависимости от температуры некоторых компонентов (чаще всего радиатора выходных выпрямителей) и изменение температуры окружающей среды «смещает» характеристику. Если проще, «тихий» по обзорам БП может оказаться совсем не тихим в системном блоке конечного пользователя.
По этому поводу EPS приводит следующие рекомендации:
Иначе говоря, если в блоке питания используется активное управление скоростью вращения крыльчатки вентилятора, то его тестирование должно производиться при повышенной и контролируемой температуре окружающего пространства (подаваемого воздуха), все другие варианты измерения представят заведомо неверные результаты.
Кроме измерения уровня шума следует производить анализ спектра. В последние несколько лет компьютеры наполнила «пищащая» продукция. Что интересно, данная беда волнует только конечных пользователей – ни авторам обзоров, ни производителям нет до нее дела. Причем, если БП издает «писк», то этот дефект не является гарантийным случаем и устройство возврату/обмену/ремонту не подлежит. А попытка прямого измерения «писка» может окончиться неудачей – кривая взвешивания «А» несколько подрезает ВЧ-составляющие спектра и происходит дополнительное снижение показаний из-за нестабильного характера звучания.
Выводы
Итак, в типичной статье приводится внешний вид и внутреннее хозяйство БП, проводятся три теста (КНХ, измерение акустики, КПД/КМ), и все. И все? Что это значит? Блок питания современного компьютера используется для питания лампочек? Что, больше нет ничего, что требуется от БП? Смайлик рукалицо.
Блок может не обеспечивать работу высокоэффективных процессоров (история совместимости моделей БП с Haswell еще актуальна), отличиться низкой устойчивостью к нестабильности сети или помехам в ней, оказаться плохо или полностью несовместимым с системами бесперебойного питания, да и вообще обеспечивать низкое качество выходных напряжений. Чем сложнее и совершеннее становится компьютер, тем дальше он отходит от свойств «лампочки». Динамическое потребление с высокой скоростью и большим пик-фактором стало нормой, вот только схемные решения в блоках питания никак на это не реагируют, да и в рекомендациях (EPS) это отражается весьма слабо.
Как следствие, на современный компьютер ставится блок питания каменного века с соответствующими последствиями – странными вылетами, перезагрузками и прочими радостями жизни. Зачастую в современном ПК используется разгон, да и некоторые компоненты бывают с низкой совместимостью друг с другом, поэтому в «глючной» работе системы подчас трудно определить истинного виновника проблемы. Это может быть и не БП, но в данной статье речь идет о тестировании блоков питания – тест должен представлять хотя бы какую-то уверенность, что конкретный продукт обеспечит заданные условия работы.
Блок питания для одно- и трехфазной сети с широким диапазоном входных напряжений на LNK304
РадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >Блок питания для одно- и трехфазной сети с широким диапазоном входных напряжений на LNK304
Введение.Для питания маломощной аппаратуры, не требующей гальванической развязки, от сети переменного тока 220В часто применяются бестрансформаторные источники питания с гасящим конденсатором. Их преимущество — простота, минимум деталей и отсутствие моточных изделий (трансформаторов). Недостатки — малый ток, низкий КПД и нестабильность выходного напряжения и тока нагрузки. Пример такого блока показан на рисунке.
Рис. Типовая схема бестрансформаторного источника питания с гасящим конденсатором
Тем не менее они достаточно широко находят применение даже в заводских устройствах. Я вдоволь намучался с реле напряжения РН-40, которое начало чудить после двух лет работы, причина — блок питания, выполненый по варианту а). В более продвинутом РН-40А блок собран уже по варианту б). Затем как приличный кот из семьи радиолюбителей для себя, любимого, я собрал аналогичное устройство на МК — «Устройство защиты от критических изменений сети 220 Вольт» [1], но блок питания сделал уже по варианту б). Затем был собран»Трехканальный вольтметр на контроллере от Eddy71″ [2] с запиткой от одной фазы. При установке в трехфазную розетку конденсаторный блок питания с питанием от одной фазы вызывал срабатывание УЗО. Запитка от трех фаз потребовала бы трех габаритных конденсаторов типа 1мкФ*630В и кучи диодов, т.к. для нормальной работы конденсатору нужен двухполупериодный выпрямитель. Опять чувство неудовлетворенности осталось.
Тут в городскую квартиру пришла беда — 380В, а все эти реле напряжения стоят на даче. Чтобы не воевать с ЖЭКом, купил заводские DigiTOP V-protector. Заявленое индицируемое (а значит и рабочее) напряжение 50-400В. Почему-то в интернет читать про них полез уже после покупки и был непрятно удивлен — там также стоит источник питания с гасящим конденсатором [3], выполненый судя по всему по варианту б), хотя я ожидал чего-то более серьезного.
На форумах прозвучала очень разумная фраза о том, что все устройства защиты должны выдерживать максимальное напряжение, чтобы на сгореть самим, а после возврата напряжения в норму снова включить нагрузку. А моя возня с конденсаторными блоками очень сильно уронила уровень доверия к ним.
Теоретическая часть.
Итак, нужен относительно простой, недорогой, компактный блок питания с выходным током до 100-150мА. Блок будет применяться в приборах с изолированым корпусом, не требующих частого контакта с человеком — типа щитовых вольтметров, реле напряжений и аналогичных устройств. (Для устройств, требующих гальваниченкую развязку или больший ток будем применять трансформаторные / импульсные блоки). Современная элементная база предлагает нам серию микросхем LinkSwitch-TN LNK304-306, но у них заявленый диапазон входных напряжений — 85-265VAC. Применение их в источниках питания описано, например в «Недорогой вариант импульсного источника питания для электросчетчика» [4], там же приводится сравнение с конденсаторными блоками.
А нам нужен блок питания со входным напряжением 40-400VAC!
Заинтересовала статья «Устройство защиты от перенапряжения 220В» [5], но два конденсатора по 3,3мкФ*450В это многовато по объему, да и сама входная часть вызвала вопросы, ответов на которые чтение форумов не дало. Первичный поиск радиолюбительских конструкций (т.е. собраных дома своими руками) также ничего не дал.
К счастью, на помощь пришли производители микросхем для источников питания. Более глубокий поиск дал Design Example Report, а именно — технологиию StackFET (добавление последовательно с ключом микросхемы внешнего МОП-транзистора). Статья называется «3 W Wide Range Flyback Power Supply using LNK304P» [6], и она же на русском — «Разработка источника питания с широким диапазоном входного напряжения для промышленной трехфазной сети» [7]. Заявлены параметры: Input: 57 VAC — 580 VAC; Output: 12 V, 250 mA.
Очень круто, но для моих применений слишком сложная (в том числе требует намотки трансформатора), хотя идея прекрасная и есть гальваническая развязка.
Дальнейшие изыскания показали другое решение — «Импульсные источники питания ST для однофазных и трехфазных счетчиков электроэнергии» [8] на VIPer17. Тут заявлено входное напряжение 90…440В, также есть гальваническая развязка (что снова требует намотки трансформатора), но зато для снижения прикладываемого к микросхеме напряжения применено более простое решение — линейный ограничитель-стабилизатор напряжения.
Чтобы избежать излишнего цитирования, выдержки из статей приводить не буду, но категорически советую почитать — познавательно и нужно для понимания вопроса.
Практическая часть.
И вот то, «ради чего все и писалось». Практическая схема бестрансформаторного импульсного блока питания от одно- и трехфазной сети с широким диапазоном входного напряжения.
Скомбинируем эти схемы. Преобразователь возьмем на LNK304 по стандартной схеме из даташита. Добавим к нему линейный ограничитель-стабилизатор напряжения, построенный на N-канальном транзисторе как в [8]. А вот выпрямитель сделаем однополупериодным, чтобы обеспечить прямое прохождение «нуля». Дело в том, что сборка [1] показала, что при отпускании реле (т.е. уменьшении потребляемого тока) измеренное напряжение подскакивает вольт на 10. Скорее всего это происходит из-за изменения падения напряжения на нижних диодах мостового выпрямителя.
Конечно, такая схема не обеспечит функционирование в случае пропадания нейтрали, но для правильности измерения так лучше. Для питания устройства, которое не требует прямой связи с «нулем», нужно использовать полноценную трехфазную четырехпроводную схему выпрямителя на двух мостиках, как в [6]-[8].
Расчет программой PIXls Designer 9 для LinkSwitch-TN LNK304: при VACmin=85V, VACmax=265V, FL=50, topology — Buck,
| Vout, V | 5 | 7 |
| Iout, A | 0.08-0.15 | 0.08 |
| Cin, mkF | 4.7 | 4.7 |
| Output Inductor (MIN), mkHn | 311-610 | 421 |
| Rbias, kOm | 2.0 | 2.0 |
| Cfb, mkF | 10 | 10 |
| Rfb, kOm | 3.84 | 6.13 |
| Rfb, kOm, мой (при R3=2К) | 4.06 | 6.48 |
Расчет Rfb по стандартной формуле (для Vfb=1.65V) дает несколько другие результаты.
Плата разведена под конкретный корпус, поэтому сильно отличается от референсного дизайна, что не сказалось на работоспособности. От 220В (однофазного) запустилась сразу. При номиналах R3=2K, R1+R2=6K5 (4K7+1K8) выдает 6,7В на выходе (по расчетам — 7,01). Для проверки вначале нагружена на резистор 160 Ом (42мА), затем подключен вольтметр [2] с током потребления 36-40мА. С каждой из нагрузок по отдельности и с двумя нагрузками одновременно работает нормально.
Файл с платой не привожу, т.к схема очень простая (посмотрите как изящен референсный дизайн в даташите на LNK304) — развести под свои корпус и детали не составит труда.
Детали.
Все описано в даташите на микросхему [9]. «Любой стандартный дроссель подходит. Рекомендуется на гантельке». Дроссель L2 в целях экономии взят от БП АТХ, L1 — покупной, но я думаю, что при наличии L-метра можно и перемотать на гантельке. Конденсаторы C6-C7 пленочные на напряжение не менее 400В. C5 — на напряжение 400-450В, конденсатор C2 — LowESR, диод D1 обязательно UltraFast (UF4005), остальные диоды — дешевые медленные 1N4005-4007 (падение напряжения на D1 и D2 должно совпадать). Резисторы R1-R3 желательно (но не обязательно) прецезионные, т.к. есть возможность составить из двух. Транзистор Q1 — высоковольтный (2 Ом/600 В).
Испытания.
Испытания проводились на таком полигоне: выход ЛАТРа подключаем к половинке первичной обмотки (т.е. 110В) ТС-180. С полной первички (220В) снимаем напряжение на схему (вторичка ТС-180 не истпользуется). Т.е. ТС-180 включен как автотрансформатор с коэффициентом 1:2.
Выставляем на ЛАТРе 110В — на ТС-180 и входе схемы будет около 220В, на C5 — около 300В. Плавно повышаем, с какого-то момента (около 250-260В на входе блока) напряжение на конденсаторе на C5 застабилизировалось на 350В, что говорит о правильной работе линейного ограничителя-стабилизатора.
Затем подключаем блок напрямую к ЛАТРу и снижаем напряжение. У меня блок работал до напряжения на входе 60В, выдавая стабильное выходное 6.7В. Выход достаточно чистый, пульсации минимальные.
Таким образом диапазон входного напряжения составляет 60-400VAC! Что полностью меня устраивает.
Возможно, будет работать и при более высоком напряжении — не проверял. При более низком, как я понимаю будет зависеть от экземпляра LNK30х, т.к PIXls Designer 9 намекает, что минимальное входное постоянное напряжение должно быть более 70В. Кто сможет более квалифицировано протестировать этот блок — милости прошу!
Микросхемы LNK304-306 позволяют строить блоки с выходным током до 360мА, что недостижимо для источников с гасящим конденсатором, т.к там действует эмпирическая формула — 1мкФ гасящей емкости на 60мА выходного тока. Представьте себе для 360мА пленочный конденсатор 6мкФ*630В!
Да и КПД вместе с потребляемым от сети током впечатляет, даже с учетом возможной погрешности измерения тестером DT-5808
| Vin, V | Iпот, mA | |
| конденсаторный блок | блок на LNK304 | |
| 100 | 31 | 6.2 |
| 150 | 46 | 4.3 |
| 220 | 68 | 3.2 |
| 250 | 78 | 3 |
Т.е. у блока на LNK304 потребляемая мощность практически неизменна (как и должно быть), а у конденсаторного — растет с повышением напряжения, т.к. излишки гасятся параллельным стабилизатором (на стабилитроне, транзисторе или тиристоре).
Единственным существенным недостатком является отсутствие гальванической развязки, но для устройств, полностью изолированых от корпуса, это непринципиально. А удорожание конструкции за счет приобретения микросхемы и транзистора полностью компенсируется огромным диапазоном входных напряжений, увеличенным выходным током и стабильным выходом.
Теперь понятие «бестрансформаторный источник питания с гасящим конденсатором» для меня больше не существует.
Внимание! Схема не имеет гальванической развязки с сетью, при тестировании и наладке будьте предельно осторожны!
А вот собственно и трехфазный вольтметр, для которого блок питания и собирался (да, такое вот напряжение на даче по фазам):
Литература.
- «Устройство защиты от критических изменений сети 220 Вольт» — https://radioded.ru/skhema-na-mikrokontrollere/ustroystvo-zaschity-ot-kriticheskih-izmeneniy-seti-220-v
- «Трехканальный вольтметр на контроллере от Eddy71» — https://vrtp.ru/index.php?act=categories&CODE=article&article=2461
- «Реле напряжения DigiTOP V-protector 40A. Испытания» — https://www.mastercity.ru/forums/elektrika-i-slabotochka/elektrika/t123766-rele-napryazheniya-digitop-v-protector-40a-ispytaniya/
- «Недорогой вариант импульсного источника питания для электросчетчика» — https://www.qrz.ru/schemes/contribute/power/integrations/10.shtml
- «Устройство защиты от перенапряжения 220В» https://radiokot.ru/circuit/digital/security/05/ или https://electromost.com/index/0-19, форумы https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=25&t=95164&p=2237202#p2237202 и https://electromost.com/forum/2-12-3.
- «3 W Wide Range Flyback Power Supply using LNK304P» — DER-58 datasheet, в интернете.
- «Разработка источника питания с широким диапазоном входного напряжения для промышленной трехфазной сети» — например, здесь https://www.terraelectronica.ru/show_pdf.php?pdf=/files/mail/01.pdf
- «Импульсные источники питания ST для однофазных и трехфазных счетчиков электроэнергии» — https://www.compel.ru/producer/st-microelectronics/
- LNK304-306 LinkSwitch-TN Family datasheet.
Файлы:
Разработка источника питания с широким диапазоном входного напряжения для промышленной трехфазной сети
Все вопросы в Форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
