12 Вольт 5 Ампер блок питания или как это могло быть сделано Дата: 28.01.2015 Раздел: Сделай сам
Предупреждаю честно, статья на любителя. Но после нее так и чешутся руки собрать какой-нибудь импульсный блок питания. Подробные фотографии последовательности сборки, схема, печатка, что еще надо для полного счастья? :)
Статья "содрана" с сайта, который посвящен обсуждению покупок в китайских интернет-магазинах, поэтому первая часть статьи - это просто подробное описание и тестирование товара. Оставляю его здесь, т.к. для радиолюбителя (а также, покупателя китайских товаров ;) ) она тоже представляет интерес. Но самое полезное начинается примерно с середины. Статья подробная с кучей фоток, посему, набираемся терпения ... и вперед.
-----------------------
Блок питания мне нужен был для питания кучи мелких зарядных устройств, но так как это процесс перешел в вялотекущее состояние, то я решил просто обзор данного блока питания.
Данный блок питания я получил чуть раньше, чем появился очень хороший коллеги ksiman-а, но я был занят и не стал писать сразу. Хотя после прочтения вышеуказанного обзора мне хотелось поковырять то, что пришло ко мне. Я был почти уверен, что они одинаковые, но почти — не значит 100%. В процессе я буду ссылаться на обзор данного БП, надеюсь, что его автор на меня не обидится за это :)
В общем перейду к собственно обзору, в процессе я расскажу, что же я в итоге получил.
Пришел блок питания замотанный в пакет. Так же в комплекте дали переходник, правда я так и не понял сакрального смысла данного переходника. Но дали и дали, в хозяйстве пригодится, вдруг в следующий раз забудут дать, когда будет надо.
В комплекте был собственно блок питания, кабель питания к нему и вышеуказанный переходник.
Собственно к внешнему виду блока питания претензий нет, блок как блок. На выходном кабеле так же нет ферритового фильтра, вернее на вид он есть, только в нем ничего нет, только пластмасса.
А вот и первое отличие. Название пришедшего ко мне БП XY1205, в прошлом обзоре он назывался XY1205A. Так же у моего внизу маркировка СМ-2, в аналоге СМ-1. Что это значит, я не знаю, уж извините.
Подаем питание на БП. Выходное напряжение завышено, 12.54 Вольта вместо 12, хотя в среднестатистические 5% вполне вписывается, но впритирку.
Кабель питания ко мне пришел другой, без заземляющего контакта. Мне как то раньше такие кабели не попадались, хотя я знал, что они есть.
Кабель при этом на вид не такой толстый как обычный компьютерный, хотя и круглый, эдакий вариант ПВС-а.
Сначала я хотел кабель порезать и посмотреть, что у него внутри. Но потом подумал, а смысл? В итоге я просто взял и измерил сопротивление кабеля. Прибор показал 1.589 Ома, с учетом переходного сопротивления контактов можно округлить до 1.58 Ома. Длина кабеля около 1.08м, соответственно в обе стороны это даст 2.16м. Воспользовавшись несложным расчетом я получил сопротивление 0,73 Ома на метр. Дальше посмотрев в таблицу я узнал соответствующее сечение кабеля, оно составило внушительные 0.024мм/кв. Хорошо, что кабель вещь легко заменяемая.
После этого я решил все таки посмотреть, что у него внутри. Не то, что бы я не знал, как устроены БП. Но разбирать всякие вещи мне просто нравится :) Открываются такие блоки питания очень легко. В щель между половинками корпуса вставляется лезвие ножа и постукивая небольшим молотком разрушается место склеивания половинок. В общем тяжело и непонятно только первый раз, дальше это делается чуть сложнее чем выкрутить винты отверткой, плохо только то, что обратно собрать можно только с помощью клея.
Внутри БП, не сильно, но все таки отличается от БП из предыдущего обзора. В первую очередь бросается в глаза отсутствие фильтра питания, он даже не задуман здесь. Но при этом есть и плюсы, выходные конденсаторы поставили 1000х25, а не 470х16. В общем в среднем ничего не изменилось, улучшится работа, но увеличатся помехи. Трансформатор немного другой на вид, но размеры примерно одинаковы.
С обратной стороны платы блоки питания очень похожи, но маркировка все таки отличается, D-32 в моем варианте против D-26 в предыдущем БП. Возможно мой БП выпущен позже и потому имеет другую версию платы. Так же можно увидеть, что конденсатор снаббера перенесен на нижнюю сторону платы, я такого не встречал, обычно они стоят сверху и не в СМД исполнении.
Рулит блоком питания неизвестный мне контроллер 63D12. Я не буду чертить схему данного блока питания, так как заметных отличий от БП из обзора ksiman-а она не имеет. Отдельное спасибо ему за эту работу.
Силовой транзистор такой же, 4N60C
Изменено расположение некоторых элементов, под оптроном сделан защитный прорез в плате, что еще раз наводит на подозрения о более новом варианте исполнения данного БП. Но входной конденсатор так же не закреплен. Емкость мала для заявленной мощность в 60 Ватт.
Ну и естественно тестирование БП
Нагрузочныерезисторы у меня по 10 Ом, что дает ток в 1.25 Ампера. резисторов три, соответственно я буду измерять характеристики до 3.75 Ампера. Кроме того, я проводил измерения с подключением нагрузочных резисторов прямо к плате БП. Итак. Ток нагрузки 1.25 Ампера, напряжение на выходе 12.55 Вольта.
Попутно я снимал осциллограммы пульсаций на выходе БП, делитель щупа установлен на ослабление входного сигнала в 10 раз. Соответственно шкала 500мВ на деление.
Ток нагрузки 2.5 Ампера. Напряжение поднялось до 12.57 Вольта.
Пульсации.
Ток нагрузки 3.75 Ампера, выходное напряжение 12.58 Вольта, выходная мощность около 47 Ватт, т.е. 80%
Пульсации при этом составили около 0.6 Вольта. Не помогли даже конденсаторы большей емкости :(
В конце я оставил БП работать под нагрузкой в 3.75 Ампера дальше и решил посмотреть, какие будут температуры. БП был открыт, лежал радиаторами вверх. После 20 минут работы температура диодной сборки была 79 градусов, силового транзистора 77, трансформатора 76. Вообще у меня температуры получились несколько иные, чем в предыдущем обзоре, возможно имеют место различные методики измерения, так как не доверять измерениям коллеги ksiman-а у меня причин нет. Но перемерять все заново я не стал, так как БП фактически одинаковые. Выходное напряжение поднялось до 12.6 Вольта На мой взгляд, многовато, потому я полностью поддержу автора предыдущего обзора, максимум для этого БП 3-3.5 Ампера.
Резюме. Плюсы. Он все таки работает :) Конденсаторы на выходе установили на 25 Вольт, а не на 16, хотя их размещение около силового диода совсем не оптимально. Для токов нагрузки 3-3.5 Ампера вполне может подойти, но на всякий случай я бы ограничил ток нагрузки в 2.5-3 Ампера (возможно я больший пессимист :)). В схеме БП используется ШИМ-контроллер, а не встречающаяся часто схема с автогенератором.
Минусы. Нельзя использовать на 100% нагрузки. Отсутствие входного помехоподавляющего фильтра. Довольно большие пульсации на выходе. Кабель никакой, менять сразу. Элементы внутри БП не закреплены.
Мое мнение, пациент скорее жив, чем мертв. Т.е. использовать данный БП вполне можно, а если еще и «допилить» его, заменив выходные конденсаторы на низкоимпедансные и увеличить емкость входного хотя бы до 68, а лучше до 100мкФ, то будет очень даже неплохо. Данный БП имеет потенциал для доработки, БП сопоставимой мощности, но с автогенератором я бы не рекомендовал ни в каком виде. Подойдет для питания всяких некритичных нагрузок типа светодиодных лент и т.п.
Да, совсем забыл. В начале обзора я писал про мой рецепт блока питания. В общем кто смог дочитать до конца, прошу под спойлер, там продолжение :)
А теперь самое интересное.
Некоторое время назад, я сам делал блоки питания, потом стало невыгодно и я это дело забросил. Но иногда для своих нужд все таки делаю, благо платы остались и их не надо травить, а достаточно просто некоторые детали купить, а другие достать из ящика стола.
Собирал я блоки питания на известном ШИМ контроллере . Этот контроллер отличается довольно хорошей надежностью (за насколько лет я спалил всего один контроллер при экспериментах) и простотой конструкции БП. Собирать БП я буду почти по схеме из даташита.
Для сборки с использовал давно разработанную плату. Изначально она была сделана под блок питания на 12 Вольт и ток 3 Ампера. Рассчитана под установку двух вариантов радиаторов и двух типов входных конденсаторов.
Список элементов я не даю, все они есть на схеме и подписаны в файле трассировки. На рынке я купил только микросхему для него, остальные детали были уже в наличии, правда оптрон, регулируемый стабилитрон TL431, входной дроссель и Y1 конденсатор я выковырял из платы от старого монитора. Глядя на эту фотографию подумал, чем не набор для самостоятельной сборки :)
Сначала установил на плату все лежачие компоненты. Лучше это сделать сразу, так как после установки габаритных деталей ставить мелкие неудобно.
Установил габаритные компоненты. В качестве снаббера использован супрессор P6KE200A, я обычно не использую связку конденсатор + резистор. Под трансформатором и силовыми диодами есть отверстия для улучшения циркуляции воздуха и лучшего охлаждения этих элементов.
Подготовил крепеж к радиатору и ШИМ контроллер. Радиаторы я использую двух типов, для малой мощности это алюминиевые пластинки (эти радиаторы ставились в известных ЧБ телевизорах Электроника 23ТБ), для большей режу радиаторный профиль Ш-образной конструкции.
Данный контроллер умеет следить за понижением и повышением входного напряжения, а так же подключением внешних компонентов задавать ток защиты и частоту работы 66 или 133 КГц… Данные функции я не использую, так как плата разрабатывалась еще под TOP22x, которая подобных вещей не умеет. Но TOP24x можно легко перевести в режим работы с тремя выводами, для этого надо просто соединить четыре средних вывода, это будет эквивалент среднего вывода TOP22x. Отличие будет только в частоте работы, TOP22x работает на 100КГц, а TOP24x на 133КГц (в данном включении). В схеме указан TOP244, я применил TOP246, он в магазине был заметно дешевле (около 1.1доллара), по хорошему ему надо ограничивать ток защиты, но практика показала, что защита от КЗ отрабатывает отлично.
После этого я перешел к намотке трансформатора
Да, трансформатор можно купить готовый, как и блок питания. Но я держу дома запас разных сердечников и каркасов, что бы можно было в любой момент изготовить БП под любое необходимое мне напряжение. В данном Бп использовался каркас с 8 выводами и сердечник Е25, одна половинка обычная, а вторая с укороченным центральным керном, для получения зазора (БП то обратноходовый, потому зазор необходим, без него работать не будет).
Расчет трансформатора я делал в программе PI Expert Suite 7.0. Но иногда, для удобства намотки и лучшего заполнения каркаса я делаю больше витков, чем предлагает программа. но изменяю пропорционально количество витков всех обмоток. Если не злоупотреблять, то все работает отлично. Программа показала что мне надо 77 витков первичной обмотки, 9 вторичной и 8 для питания ОС контроллера. Я немного изменил их и сделал 85 первичной, 10 вторичной и 9 для питания цепи ОС.
Намотал первичную обмотку, обмотка сделана в два слоя, для межобмоточной изоляции я использую специальную ленту, она производится с разной шириной, специально под разные размеры каркасов.
После этого я намотал вторичную обмотку. Вообще строго говоря, более правильно было бы ее разместить между двумя слоями первичной, для улучшения связи, но практика показала, что на небольших мощностях проходит и вариант, когда обмотка расположена сверху первичной. Мотал в два провода. Сначала зачистил концы, обвел их вокруг выводов каркаса, после этого намотал 10 витков.
Ну и в самую последнюю очередь обмотка питания цепи ОС (она же обмотка питания самого ШИМ контроллера), 9 витков. Попутно намотал выходной помехоподавляющий дроссель.
Последний слой внешней изоляции обмоток, вывел концы первичной обмотки и обмотки питания цепи ОС. Главное теперь случайно их не перепутать.
Расположение выводов обмоток соответственно картинке выше Для них я использовать провод диаметром 0.3мм, для вторичной 0.63мм.
После зачистки выводов обмоток закрепляем их на выводах каркаса и пропаиваем.
Половинки каркаса я склеиваю клеем (можно использовать секундный клей либо момент, БФ, непринципиально. После этого, что бы сердечник не болтался, я обматываю его сначала узкой лентой, а после этого фиксирую всю конструкцию лентой той же ширины, что использовал для изоляции обмоток. Это не даст рассоедениться половинкам даже если клей не будет держать, да и придает законченный вид трансформатору.
Вот так в итоге выглядит готовый трансформатор.
Устанавливаем трансформатор и выходной дроссель. Предохранитель я пока не устанавливаю, позже будет понятно почему.
Плата полностью спаяна, при пайке я использую припой диаметром 1мм с флюсом, дополнительно флюс в процессе не используется. Платы я заказывал на производстве сразу с лужением.
При первом включении вместо предохранителя я припаиваю небольшую лампочку (15 Ватт), если БП собран без ошибок, то она либо не будет светиться вообще, либо будет еле еле накалена. Напряжение сходу получилось то, под которое и рассчитывал, даже не потребовалось подстраивать, но возможность подстройки не помешает.
Недавно было небольшое обсуждение насчет пайки плат. Я сделал пару фотографий как выглядит правильная пайка большинством припоев. Остатки флюса я смыл при помощи ватки смоченной в ацетоне.
Общий вид
Один из участков поближе, если присмотреться, то видно даже мое отражение :)))
БП я расчитвал на 15 Вольт и 1.5 Ампера. Ну и нагружать для теста буду соответственно на 1.5 ампера. Хотя данный БП даже в таком виде спокойно отдаст и 2 Ампера. Выходных диодов на плате два, так как по хорошему диоды должны быть рассчитаны на тройной ток от расчетного выходного. Я установил диоды 31DQ10 (100 Вольт и 3 Ампера), так как расчетный ток был 1.5х3=4.5 Ампера. Кстати, мне уже как то попадались поддельные диоды с таким наименованием, отличаются повышенным нагревом, будьте бдительны.
Попутно я снял осциллограмму пульсаций на выходе БП под этой нагрузкой. Делитель щупа стоит в режиме 1:1.
После проверки БП под нагрузкой я подпаиваю входной и выходной кабели, для моего применения кабели будут короткие и без разъемов. Так же сразу одеваю «хвостики» (лучше перед пайкой), и дополнительно закрепляю кабели стяжками от вытягивания кабеля из корпуса. Безопасности много не бывает, лучше перестраховаться.
После впаивания кабелей покрываю плату защитным лаком Пластик-70. Есть более крепкий лак — Уретан, но я его не использую, так как он дает слишком крепкое покрытие.
Так выглядит полностью собранная плата, подготовлена к установке в корпус.
Вид снизу. Я почти не использовал СМД компонентов, только конденсаторы параллельно выходным электролитам.
Использован корпус Z-34B, т.е. высокий вариант этого корпуса, плата трассировалась именно под него, потому для установки надо прорезать 2 выреза под кабели, сделать одно отверстие под светодиод. после этого закрепить плату в корпусе при помощи четырех небольших шурупов (лучше предварительно просверлить отверстия диаметром 1.5мм в стойках корпуса).
Последний этап, рассверливаются отверстия в нижней части корпуса и половинки скручиваются вместе. Все, БП готов.
Как говорят на канале дискавери — теперь вы знаете как это сделано, ну или как это должно быть сделано. Ну и конечно со схемой, трассировкой и даташитом.
