Мне понадобился блок питания на 5В небольшой мощности, около пары ампер, но с обязательным условием защиты от перегрузки ограничением тока, а не полным отключением напряжения. Ну и хотелось, чтобы это был не какой-нибудь NoName, а что-нибудь приличное.
Для начал хотел бы немного напомнить, какие защиты от перегрузки по току наиболее распространены в импульсных блоках питания.
1. Перевод в режим прерывистого питания (hiccup). Блок питание полностью выключает напряжение на выходе, и через некоторое время включает вновь. И так циклически, пока перегрузка не будет устранена.
2. Режим ограничения выходного тока (constant current limiting). При перегрузке блок питания начинает работать как стабилизатор тока, ограничивая его определённым значением путём снижения напряжения на выходе.
Если не рассуждать глобально, а взять в качестве примера блоки питания MeanWell, то большинство их ассортимента работает по первому алгоритму. Что, собственно, логично. Блок должен до упора поддерживать требуемое напряжения. Ну а уж если совсем всё плохо, то отключать его полностью, а не снижать, чтобы избежать неконтролируемого поведения питаемой нагрузки.
Второй же вариант защиты, очевидно, подходит прежде всего для зарядки аккумуляторов. Ну и в каких-то ещё применениях, где менее важно точное поддержание уровня напряжения, а важнее бесперебойное снабжение определённым током.
Как я уже сказал вначале, мне нужен был второй вариант.
Его можно достичь несколькими путями.
1. Взять обычную USB зарядку. Но, к сожалению, даже именитые производители не публикуют информацию о способах защиты от превышения тока. И я встречал оба варианта реализации.
2. Взять какой-нибудь блок питания и прицепить к нему DC-DC преобразователь со стабилизатором тока, типа такого:
Но, почитав отзывы или обзоры на эти преобразователи, можно увидеть массовые жалобы на непредсказуемые выходы их из строя, часто даже не связанные с перегрузкой или перегревом.
А это значит, что на выходе мы можем в любой момент получить не 5 В, а более высокое напряжение — входное напряжение питания этого преобразователя.
Даже в сетевых импульсных блоках питания, пробой силового транзистора менее опасен — генерация просто обрывается и на выходе вместо высокого напряжения оказывается 0.
Поэтому вариант взять блок питания с защитой ограничением тока мне показался предположительно лучшим.
Собственно, теперь к нему. Думаю, кто-то уже по первой фотке определил, что это компактный источник питания на DIN-рейку:
Но мне от него нужны были только внутренности, так что формат корпуса меня не волновал. Но если кому интересно, вот ещё несколько фото корпуса с полезной информацией о блоке питания:
Теперь к плате. Сначала несколько фото с разных сторон, потом чуть подробнее расскажу словами.
MeanWell всегда уделяет повышенное внимание безопасности и фильтрации помех в своей продукции, поэтому даже в этом малыше есть все основные фишки «взрослых» моделей.
На входе есть термистор, варистор, помехоподавляющие X и Y конденсаторы, предохранитель. Последние два элемента спрятались здесь:
На первый взгляд, кажется, что это радиатор, но нет, это просто изоляционная пластинка.
Радиатор здесь тоже есть, но всего один:
И он на выпрямительном диоде SBR10E45P5
Контактирует радиатор с диодом через дорожки, пайку и выводы диода. Это выглядит не очень эффективно, но, видимо, это плата за специфический и компактный форм-фактор блока питания.
Но неужели это самая горячая часть блока питания? Чуть позже посмотрим.
Ещё из защит заявлена защита от перенапряжения на выходе. В её качестве выступает стабилитрон 1SMA4735 на 6.2 В, 1 Вт:
С одной стороны кажется, что он может защитить только от коротких всплесков напряжения, а не от постоянного превышения. Но при постоянном превышении его пробьёт от перегрева необратимо и в силу уже вступит защита от превышения тока, которая ограничит выходное напряжение. Но это, скажем так, оптимистичный сценарий, не учитывающий обрыв при пробое. Но в любом случае, это лучше, чем ничего.
Стабилитрон этот, кстати, включен между двумя выходными электролитами на 1500 мкФ и 470 мкФ х 6.3 В. Так же между ними стоит синфазный дроссель. И ещё синфазный дроссель есть на входе.
Входной электролит имеет параметры: 27 мкФ х 400 В.
Входной и большой выходной электролиты приклеены к плате и на видимых частях названия компании-производителя нет.
Силовой транзистор 6N60M (600В, 6А):
Выходное напряжение можно в небольших пределах (±0.5В) отрегулировать подстроечным резистором, выведенным на переднюю панель корпуса, на которую так же выведен синий светодиод индикации наличия выходного напряжения.
Контролер в блоке питания UCC28740. По описанию в даташите его как раз рекомендуют для USB зарядок с ограничением тока:
Но вот контроль тока в этом блоке питания организован, к сожалению, по первичной, высоковольтной цепи:
Теоретически это может снижать точность этого контроля, но посмотрим. Но сначала посмотрим даташит на блок питания, что он нам говорит про защиту:
А говорит он вот что. Режим стабилизации тока работает до тех пор, пока выходное напряжение не снизилось до половины от номинального. При дальнейшем снижении напряжения, включается прерывистый режим работы защиты полным отключением напряжения.
Кроме того указано, что защита работает при 110%-145% выходной мощности. Правда, что-то мне подсказывает, что речь идёт всё же о выходном токе, а не мощности и это особенности перевода или неточность документирования. Но тем не менее в английской версии даташита указано слово мощность.
Ну а теперь реальная ампер-вольтовая характеристика моего экземпляра. Тест проводился в режиме CC — постоянный ток нагрузки:
На холостом ходу напряжение 5.1 В и оно падает до 5 В на номинальном токе 2.4 А и дальше совсем незначительно снижается вплоть до тока 3 А.
А дальше срабатывает защита переводом в режим прерывистого питания.
А где же обещанный режим ограничения выходного тока?
А его нужно искать в режиме нагрузки CR — режиме постоянного сопротивления. Но моя нагрузка в нём работает неадекватно, поэтому нагружал я переменным проволочным резистором и результаты уже будут без графика, просто словами.
И словами я просто очень доволен. При уменьшении сопротивления нагрузки, 3 А держатся как вкопанные примерно до 2.2 В на выходе, а дальше уже включается режим прерывистого питания.
Мои подозрения про не очень стабильную работу ограничения тока, если шунт стоит в первичной цепи, совершенно не оправдались.
В заявленный в даташите диапазон 110%-145% от номинала ток защиты тоже уложился (3А / 2.4А = 125%).
Пульсации.
Без нагрузки 69 мВ (Vpp):
При нагрузке 2.1 А, 73 мВ:
Чуть больше 2.4 А:
78 мВ, тут блок питания тоже укладывается в обещанные в даташите 80 мВ.
Нагрев.
В корпусе масса вентиляционных отверстий:
Но если посмотреть плату без корпуса, то при номинальной нагрузке 2.4 А на вершине пьедестала температур — выпрямительный диод:
94 градуса! Недаром он один в блоке питания имеет радиатор, который чуть холоднее, но тоже горячий — 88 градусов:
Второе место у высоковольтного транзистора, 73 градуса, на фото он в центре:
Почётное третье место у выходного электролита 1500 мкФ. У него 69 градусов, на фото он в центре:
Его прилепили прямо с обратной стороны почти кипящего выпрямительного диода.
То ли это глупое решение, то ли гениальное — ведь своим алюминиевым корпусом и такими же алюминиевыми внутренностями конденсатор дополнительно помогает отводить и рассеивать тепло от самого горячего компонента блока питания.
Вне призовой тройки остался трансформатор. У него «всего» 64 градуса, и за них он получает утешительный приз — центральное место на следующем фото:
Вообще 3 ампера мне слишком много, скорее всего я уменьшу ток защиты до 2 А. Тем более, что блок питания очень предсказуемо реагирует на изменение токового шунта. Попробовав несколько резисторов разных сопротивлений, убедился, что зависимость тут линейная, и можно пользоваться следующей формулой подбора резистора для необходимого тока:
R = 0.75 * 3 / I
Где: 0.75 — сопротивление текущего шунта, 3 — ток защиты при нём, I — необходимый ток защиты, R — сопротивление токового шунта для этого тока.
При 1.8 А, максимальная температура в блоке питания падает больше чем на 20 градусов — с 94 до 73.
Кстати, после снижения тока защиты, придумал как замерить с графиком работу блока питания в режиме нагрузки CR (постоянным сопротивлением). Напомню, такое нагружение я делал переменным проволочным резистором:
Тут я постепенно снижал сопротивление резистора, в результате блок питания снижал выходное напряжение, ток же оставался стабильным примерно до 2.2 В, после чего блок перешёл в режим защиты с периодическим полным отключением напряжения.
Итого.
Как и в большинстве устройств MeanWell, общее качество изготовления на высоте.
Несмотря на компактные размеры, есть все основные фильтрующие элементы и элементы защиты от превышения токов и напряжений.
Максимальный ток и режимы работы защиты от его превышения, которых здесь два, в точности соответствуют даташиту.
Да собственно, само наличие даташита на блок питания это уже плюс.
Значения выходного напряжения и тока защиты достаточно стабильны в рабочем диапазоне.
Пульсации небольшие, опять же полностью укладываются в даташитовские.
Нагрев есть и существенный, впрочем, за пределы допустимых характеристик компонентов при номинальном токе выхода нет. Но я люблю похолоднее, тем более что защита ведь работает на токе больше номинала, поэтому скорее всего просто уменьшу ток защиты.
Несмотря на приличный нагрев, на это устройство производитель даёт 3 года гарантии.
Блок питания покупался в местном магазине, поэтому без ссылки. Но по наименованию устройства можно найти наиболее подходящие для вас варианты покупки.
