Компактный блок питания с корректором мощности, выходным напряжением 48 Вольт и заявленной мощностью в 400 Ватт

Попал ко мне в руки очередной блок питания, покупал его не я, а мой товарищ, но в данном случае это не важно. Прежде всего заинтересовал меня данный блок питания тем, что имеет заявленную мощность в 400 Ватт, довольно компактный размер, а еще и корректором коэффициента мощности.

Изначально данный блок питания планировался для платы преобразователя типа DPS5012, но как пойдет дальше, еще неизвестно, так как тесты показали не тот результат, который ожидался.
Впрочем лучше по порядку, я постараюсь в обзоре показать как достоинства, так и недостатки и возможно подобный БП найдет свою целевую аудиторию.

Блок питания выполнен в открытом исполнении, т.е. предполагает установку внутрь корпуса, а не использование отдельно. Габаритные размеры составляют примерно 128х82х43мм, что для заявленной мощности весьма компактно.

Сбоку корпуса имеется наклейка из которой можно узнать что БП имеет:
Входное напряжение 100-240 Вольт
Выходное напряжение 48 Вольт
Выходной ток до 8.3 Ампера
Коэффициент мощности более 0.95

Блок питания смонтирован на алюминиевом шасси которое выполняет роль радиатора, для защиты от повреждений наклеена пленка, которую надо снять перед установкой БП в изделие.

На странице магазина есть и расширенное описание, а так как оно на китайском, то предлагаю вольный гуглоперевод, которого в общем-то достаточно для понимания характеристик.
Меня же кроме мощности и напряжения интересовал также и заявленный уровень пульсаций, который составляет 150 мВ, что очень мало для БП 48 Вольт 400 Ватт.

Монтаж блока питания плотный, хотя я бы не сказал что уж совсем, например у БП MeanWell, которые я обозревал ранее, бывает и гораздо плотнее.

По входу установлен довольно приличный фильтр, я был даже удивлен. Здесь установлено два двухобмоточных дросселя, два конденсатора Х типа и три Y типа. Единственное чего здесь нет — варистора, хотя место для него на плате есть, но вот «забыли» распаять. Если установить варистор, то можно сказать что фильтр «по учебнику».
При этом двухобмоточные дроссели имеют пластиковые каркасы, что также правильно.

1. Также по входу есть термистор для ограничения тока заряда конденсатора и предохранитель. При этом предохранитель один, установлен по цепи фазы (обозначено на клеммнике), но сам предохранитель мелкий, что не очень хорошо.
2. Три помехоподавляющих конденсатора Y типа соединены с корпусом БП.
3. Диодный мост прижат к корпусу через изолирующую прокладку, хотя сам по себе имеет изолированный корпус. Думаю что в данном случае прокладка просто заменяет термопасту.
4. Входной конденсатор имеет емкость всего в 100мкФ. Для БП с активным корректором требования к емкости входного конденсатора менее жесткие чем для обычных БП, но все равно 100мкФ при 400 Ватт это маловато, раза так в 2-2,5 меньше чем требуется. Справа от конденсатора виден дроссель активного корректора мощности.

Все силовые радиоэлементы прижаты к алюминиевому шасси через изоляторы.

В данном БП трансформатор не имеет зазора, привычного для обычный, обратноходовых преобразователей и это конечно увеличивает его мощность, но все равно выглядит как-то скромно для 400 Ватт выходной мощности особенно с заявленной возможности работать при пассивном охлаждении.

1. Между платой ШИМ контроллера и трансформатором установлено еще два небольших электролитических конденсатора. Нагрев в данном месте скорее всего будет весьма заметным, потому срок их службы может быть снижен.
2. В цепи обратной связи установлен один оптрон, а в качестве помехоподавляющего конденсатора правильный, Y типа.
3. Выход БП также соединен с корпусом, но уже через обычный высоковольтный конденсатор. С учетом того что в первичной цепи стоят Y конденсаторы такой вариант вполне допустим и безопасен.
4. На выходе стоит большой накопительный дроссель и три конденсатора 470мкФ 63 Вольта. Суммарная емкость фильтра всего около 1500 мкФ при более чем 8 Ампер выходного тока, что мало, кроме того на выходе нет дросселя для снижения уровня пульсаций.

Пояснения по поводу конденсаторов Y и X типа, а также входного дросселя.

Вообще при взгляде на выходную часть платы создается впечатление что плата универсальная, под разные конфигурации напряжения/тока и в данном случае частично упрощена. Слева виден подстроечный резистор для коррекции выходного напряжения.

Разбирается конструкция очень просто, три винта прижимают радиоэлементы и еще четыре крепят плату. Здесь я пожалуй поставил бы плюс, при всей своей относительно плотной компоновке устройство вполне ремонтопригодно.

На некоторые выводы элементов надеты фторопластовые изолирующие трубочки, мелочь, но весьма полезная.

Входной диодный мост KBL406, транзистор корректора — 20N50, выходной диод корректора — SFF10006A.
Транзистор инвертора — FHA9N90, выходная диодная сборка MUR3060PT. При беглом анализе все элементы установлены с запасом по току и напряжению.

/Но нашлись и следы небольшой, но явной экономии. Дело в том, что изолирующие прокладки изготовлены путем разрезания пополам нормального изолятора.

Подобные изоляторы обычно охватывают силовой элемент полностью, например как компонент установленный в левой части данной платы. Думаю теперь понятно «как это сделано».

Управляет всем блоком питания ШИМ контроллер CM6800G, который установлен на небольшой платке.

CM6800 является совмещенным ШИМ контроллером, который умеет попутно к основной функции управлять еще и корректором коэффициента мощности. Производится неизвестной мне фирмой Champion.

Схему блока питания я не перечерчивал, но она очень похожа на схему из даташита на контроллер, потому в случае ремонта её вполне можно использовать.

Монтаж двухсторонний, качество очень хорошее.

Высоковольтная часть, входные помехоподавляющие конденсаторы имеют разрядную цепь, часть дорожек усилена припоем.

Выходная часть также довольно аккуратна, но вот «сопля» припоя между минусовыми контактами выхода несколько необычна, видимо есть версия БП где эти точки разделены.

По поводу работы корректора думал сначала описать с картинками, но потом вспомнил про видео, думаю так будет проще понять.
Если в двух словах, то поясню:
Обычный блок питания потребляет от сети энергию только тогда, когда напряжение (амплитудное) выше чем напряжение на входном накопительном конденсаторе, соответственно имеем большие броски тока в моменты подзарядки конденсатора.
Блок питания с корректором содержит по сути повышающий преобразователь на входе, только без накопительного конденсатора (он стоит после корректора) и может потреблять ток от сети в большом диапазоне изменения напряжения, фактически приближая нагрузочную характеристику к активной нагрузке.
При этом после корректора стоит тот же обычный БП, только питающийся стабилизированным напряжением и потому можно сделать меньше запас на регулировку повысив тем самым КПД, но общий КПД падает за счет того, что сам корректор тоже имеет КПД ниже 100% и в итоге «то на то и получаем».

Блок питания построен по однотактной прямоходовой (Forward) схемотехнике, тогда как более распространенные маломощные однотактные БП строятся по однотактной обратноходовой (Flyback).
На блок схеме цветом выделены узлы прямоходового преобразователя (справа), которых нет в схеме обратноходового (слева). В прямоходовом добавлен диод, дроссель и одна из обмоток трансформатора включена в обратной полярности (это важно).
Кроме того есть еще одно отличие, в случае прямоходовой схемы у сердечника трансформатора не делают зазор, который обязателен в обратноходовой схеме.

Данная схемотехника очень похожа на классический понижающий (stepdown) преобразователь.
В обоих схемах входной ключ «накачивает» выходной дроссель, а в паузе через диод отдает энергию в нагрузку. Только в случае прямоходового БП в роли ключа выступает как сам транзистор, так и трансформатор и один из выходных диодов.
Ниже показаны сходные узлы, они обозначены одним цветом для наглядности. Думаю что теперь понятно, почему выше я писал, что фильтрующего выходного дросселя в этом БП нет, потому как тот что установлен, является накопительным. Закорачивать этот дроссель категорически нельзя!

Осматривать больше особо нечего, перейдем к тестам.
Изначально БП был настроен на 48.3 Вольта, впрочем это не важно. Диапазон регулировки составляет 41.8-54 Вольта, что довольно много, но если надо точно выставить выходное напряжение, то могут быть сложности из-за грубой регулировки.

Первый из тестов, оценка точности удержания выходного напряжения в зависимости от изменения нагрузки, оценки КПД и коэффициента мощности. Для теста использовалось два мультиметра, Ваттметр и электронная нагрузка. В тесте с напряжением 110 Вольт был добавлен автотрансформатор.
В процессе выяснилось, что при токах нагрузки около 4-5 Ампер и больше выходное напряжение начинает снижаться, причем не просто снизилось и остановилось, а этот процесс занимает некоторое заметное время. Подобный эффект бывает в случае резкого прогрева резисторов цепи обратной связи если там использованы обычные резисторы с высоким ТКС. Но когда я выключил нагрузку на горячем БП, то увидел что напряжение мгновенно пришло к исходному значению, потому в данном случае это скорее всего банальная перегрузка блока питания.
Ниже два фото, до теста, на холодном БП и сразу после снятия нагрузки на горячем, можно видеть что от прогрева напряжение практически не зависит.

Табличка с тестом. В тесте при низком напряжении погрешность измерения КПД заметно больше, потому приведена скорее ориентировочно, кроме последний тест при низком напряжении и максимальном токе не проводился, так как БП работал явно с перегрузкой.

Фактически я проверил БП при практически максимальном его токе, реально в нагрузке было почти 400 Ватт, но БП в этом режиме работал грустно, сильный нагрев, снижение выходного напряжения, хотя и не очен большое, но заметное.
Попутно отмечу интересное наблюдение, при включении через трансформатор он (трансформатор) начинал жужжать когда ток нагрузки БП находился в диапазоне 2.5-3.5 Ампера с пиком около 3 Ампер.

Измерение уровня пульсаций на выходе БП является довольно важным тестом, так как этот параметр сильно влияет как на корректную работу нагрузки, так и на долговечность выходной части устройства.
Для измерения этого параметра у меня перед щупом установлен рекомендованный фильтр состоящий из пары конденсаторов — электролитического 1мкФ 63 Вольта и керамического 0.1мкФ.

Пульсации измеряются на частоте работы преобразователя (ВЧ) и удвоенной частоте сети (НЧ).

Сводная картина работы БП
1. 230 Вольт входное, ВЧ, 100% нагрузки
2. То же самое, но НЧ
3. 105 Вольт входное, НЧ, 75% нагрузки
4. То же самое но НЧ.

Как ни странно это говорить, но БП влез в заявленные 150мВ пульсаций, единственное что в первом тесте были наложены большие НЧ пульсации которые в процессе экспериментов пропали.

Не менее важный тест — проверка температурного режима. В описании было указано что БП рассчитан на пассивное охлаждение и меня еще на начальном этапе тестов терзали сомнения что он вытянет такой режим на максимальной мощности так как даже после короткого теста он уже сильно нагревался. Я предположил что максимальный длительный ток составит около 6 Ампер, но как выяснилось, сильно ошибся, максимально что я смог относительно безопасно получить длительно это всего 4.2 Ампера или около 200 Ватт.
Дело в том, что потери на БП в таком режиме составляли около 35 Ватт, а рассеивать такую мощность при столь компактных размерах можно только с активным охлаждением.

В итоге тест проводился «по сокращенной программе», сначала при токе 2.1 Ампера или 25% нагрузки, затем при 4.2 Ампера или 50% нагрузки, но так как уже при 50% БП явно сильно грелся, то следующий прогон был только при токе 4.5 Ампера, что даже меньше чем 55% нагрузки.
Каждый тест занимал привычные 20 минут, общее время теста 1 час.
Так как контрольных точек было много, то напишу их в соответствии с таблицей:
Входной диодный мост
Транзистор корректора мощности
Диод корректора мощности
Дроссель корректора мощности
Входной конденсатор инвертора
Транзистор инвертора
Трансформатор
Выходная диодная сборка
Выходной накопительный дроссель
Выходные конденсаторы.

На термофото все выглядит примерно также.
1. Температуры после теста стабильности напряжения, общее время теста около 15 минут с постепенным увеличением тока с 0 до 8.3 Ампера.
2. После завершения теста при токе нагрузки 4.2 Ампера
3. Еще через 20 минут нагрузки током 4.5 Ампера.

При этом тепловизор «видел» какой-то компонент установленный между трансформатором и выходным дросселем и показывал максимальную температуру до 145 градусов, изменение угла наклона тепловизора меняло это значение, реальная температура основных компонентов есть выше в таблице.

Спрашивается, а как же так, мощность указана 400 Ватт, но длительно может отдавать только 200, что за ерунда.
Ответ прост и скрыт в описании товара, БП для усилителей звука, а в таком применении как раз и получается при максимальной в 400 Ватт средняя около 200.

А теперь резюме.
Конструктивно БП выполнен неплохо, присутствует нормальный входной фильтр, все силовые радиоэлементы установлены на радиатор, применены безопасные конденсаторы Y типа, дроссели намотаны медным проводом, присутствует активный корректор. Придраться можно только к таким вещам как — отсутствие варистора по входу, дроссели удерживаются только за счет жесткости провода обмотки.
Основная часть компонентов стоит с запасом, но это не относится к емкости входного и выходных конденсаторов, которые нормальны для мощности в 200 Ватт, но явно малы для 400.
В плане уровня пульсаций можно также сказать что все нормально, ну кроме странного эффекта резкого увеличения размаха пульсаций при токе выше 8 Ампер, который потом прошел и больше себя не проявлял.

Но исходя из результатов тестов я могу сказать что данный БП имеет максимальную длительную мощность всего в 200 Ватт, используя активное охлаждение ее можно без проблем поднять до 300, при этом 400 Ватт это кратковременная (несколько минут) мощность. Можно конечно увеличить емкость конденсаторов, БП будет работать немного лучше, но длительная мощность от этого практически не изменится.

В общем такой вот неоднозначный блок питания. На этом у меня все, надеюсь что обзор был полезен. Отдельное спасибо Александру за предоставленный для тестов блок питания.