РазноеСхема блока питания 5 вольт 2 ампера – cxema.org — Три хороших блока питания на 5 вольт

Схема блока питания 5 вольт 2 ампера – cxema.org — Три хороших блока питания на 5 вольт

Самодельный импульсный блок питания 5 вольт 2 ампера


Обзавелся недавно я б/у планшетом для одной из моих задумок. Достался он без родного блока питания (5 вольт 2 ампера). Чтобы использовать планшет, решил собрать самостоятельно БП, тем более, что все необходимое было в наличии, т.к. в «закромах» имелось несколько сгоревших компьютерных блоков питания.


Никогда ранее не приходилось сталкиваться с импульсными блоками питания, так что я обратился на один из радиолюбительских форумов. Там пользователь Starichok51, привел свою схему импульсного блока питания. После сборки она не работала как нужно, тогда часть ее переделал Serj66610, и дело сдвинулось с мертвой точки. Пользователи Gaff и vertigo принимали активное участие в обсуждении и настройке. В результате совместной работы этих пользователей получился новый мощный (5v 2a) импульсный блок питания. Выражаю им свою глубокую благодарность.



В своей статье я хочу привести рабочую итоговую схему самодельного импульсного блока на 5 вольт 2 ампера, как она сейчас есть. В схеме, как и в печатной плате, учтены все переделки, изменения номиналов деталей. Печатную плату в формате *.lay6 можно скачать ЗДЕСЬ. Все номиналы на схеме указаны, которые у меня в БП. Печатной плата была разведена таким образом, чтобы плату блока питания можно было разместить в корпусе. Корпусом послужила часть от кейса для дискет.



Чтобы получить 5v 2a, нужно было перемотать трансформатор, с сердечником EE19 из компьютерного блока питания. Первичная обмотка содержит 130 витков проволоки диаметром 0.2мм, вторичная – 6 витков диаметром  1мм, обмотка обратной связи – 7 витков диаметром 0.2мм. Зазор между средними выступами элементов сердечника должен быть 0,4мм. Вначале наматывается первая половина первичной обмотки, вторичная обмотка, вторая половина первичной, и в конце — обмотка обратной связи. L1 содержит 10 витков витой пары, намотанных синфазно. L1 можно наматывать на ферритовом кольце любой марки, диаметром от 16 до 32 мм, в моем случае диаметр 18мм. L2 – 20 витков диаметром 0.5мм на кольце от материнской платы. У меня L2 был готовый 1мм на кольце диаметром 16мм. Информацию по трансформатору предоставил Starichok51, а по фильтрам — Serj66610.



Вместо C945 можно использовать SS9014, КТ3102; вместо C5027R – 13003-13005, С4242; вместо TL431 – AZ431; вместо 1N5822 – 1N5820, SR310; вместо КД522 – КД510, 1N4148; вместо FR107 – FR154, FR157. Конечно, можно использовать и другие детали, подходящие по характеристикам, но при любом изменении схемы самодельного импульсного блока питания, возможно, понадобится ее перенастраивать. Напоминаю, что детали в схеме рассчитаны на БП 5v 2a, некоторые с запасом.


Данная статья является выжимкой основных моментов 8ми страниц обсуждения форума. Еще раз спасибо всем, кто принимал участие в настройке моего первого импульсного блока питания.

best-chart.ru

5 Вольт 7.2 Ампера и 36 Ватт или небольшой рассказ о том, как выбрать правильный блок питания.

Несколько раз в комментариях, а потом и в личке меня просили об обзорах блоков питания на определенное напряжение. Я ответил, что постараюсь взять такие БП на обзор и протестировать.
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 🙂

Изначально я планировал заказать два блока питания, на разную мощность, 18 и 36 Ватт, но потом решил что 18 совсем неинтересно и заказал только 36 Ватт версию, ее и будем обозревать.

Начну обзор я как всегда с упаковки, так как по упаковке и встречают товар.
Пришел блок питания в коробочке из коричневого картона, на которой нанесена маркировка указывающая что перед нами блок питания на напряжение 5 Вольт и ток 7.2 Ампера.

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.
Масса блока питания всего 133 грамма (вообще, чем больше этот параметр, тем лучше, хотя и косвенно).
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.
Отвинчиваем пару винтов и добираемся до внутренностей.
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.
Для начала конструкция, в этом блоке питания применено пассивное охлаждение компонентов.

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.

А теперь рассмотрим отдельные части типичного блока питания и я попробую объяснить какие из них за что отвечают.

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 уже известный моим читателям «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 🙁
Очень 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 задают в личке и в комментариях, но в планах продолжение (скорее дополнение) данного обзора-объяснения, но уже с другим блоком питания, заметно мощнее. Второй блок питания также заказан для обзора по просьбе читателей и я надеюсь, что он уже где то на подходе ко мне.

Как всегда жду вопросов и предложений в комментариях 🙂

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

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

mysku.ru

Простой блок питания 5 В 1 А

Очень часто для питания различных устройств, например, детские электронные игрушки, новогодние гирлянды, возникает необходимость в маломощном блоке питания 5 В, это довольно распространенный тип источника и, если для наладки собранного устройства подойдет лабораторный блок питания, то питать готовую конструкцию конечно же нужно собственным БП 5В.

В данной статье я постараюсь пошагово расписать построение трансформаторного блока питания на 5 вольт специально для начинающих радиолюбителей. Вообще написать статью о БП меня побудили предыдущие публикации:

Простая мигалка на светодиодах
Простейшая мигалка на светодиоде
Программируемый переключатель гирлянд
Светодиодная гирлянда на микроконтроллере
Переключатель ёлочной гирлянды на ШИМ

Во всех перечисленных схемах требуется блок питания 5 В как основной или дополнительный источник. Наш БП 5 В будет трансформаторным, а не импульсным. По моему скромному мнению трансформаторный блок питания собрать и настроить легче, возможно по стоимости и габаритам импульсный предпочтительней, но если у вас завалялся старенький и к тому, же тороидальный «транс» на 7 — 10 В, то как говорится сам бог велел.

Структурная схема блока питания на 5 В:

Каждый блок пронумерован А1-А6. На принципиальной схеме каждый блок будет выделен, так сказать для наглядности. Рассмотрим, что представляет из себя каждый блок.

Сетевой фильтр (А1).

Предназначен для подавления высоковольтных и высокочастотных сетевых помех. С высоковольтными помехами успешно справляется варистор. А высокочастотными помехами займется RC фильтр.

Варистор – это полупроводниковый элемент, характеризующийся сопротивлением. Работает следующим образом: в рабочем режиме сопротивление варистора достаточно велико, напряжение не превышает пороговое значение варистора, и ток через него не течет. Как только напряжение достигает «порога» — сопротивление варистора понижается практически до нескольких десятков Ом и ток начинает протекать через него. Кратковременные высоковольтные импульсы гасятся варистором, а более длительное перенапряжение, как правило, выводит его из строя, иногда даже с громким хлопком.

В нашей схеме блока питания 5 В будем использовать RC фильтр, он уступает по эффективности LC фильтру, но зато дешевле и для нашего маломощного БП вполне подойдет.

Раньше никто не «заморачивался» сетевым фильтром, а теперь, какую бы вы бытовую технику не разобрали, обязательно увидите варистор, RC или LC фильтры тоже встречаются, но реже. Вызвано это массовым использованием импульсных блоков питания, которые передают в сеть такую «кашу» помех, что не всякий потребитель выдержит, поэтому производители электротехники пытаются хоть как-то обезопасить свою продукцию. Одним словом не рекомендую убирать из схемы блока питания сетевой фильтр.

Трансформатор (А2).

В нашем БП 5 В трансформатор играет ключевую роль, именно он понижает (преобразует) сетевое питание 220 В в низковольтное. Трансформатор должен быть силовым, рассчитан на сетевую частоту 50 Гц, с первичной обмоткой на 220 В и одной вторичной обмоткой на 7 — 10 В. Номинальная мощность трансформатора 4 — 8 Вт. Конструкция (тороидальный, броневой) в принципе особой роли не играет, какой найдете.

Еще такой момент, на трансформаторе указывают действующее значение напряжения (Uд), которое можно проверить, измерив вольтметром. А на выходе после фильтра (блок А4), по сути после диодного моста и сглаживающего конденсатора, мы получим амплитудное значение (Uа). Зависимость между амплитудным и действующим напряжениями такая:

Uа = 1,41xUд

Т.е. если в блоке питания вторичная обмотка трансформатора выдает 7 — 10 В, то на фильтре-конденсаторе (А4) мы приблизительно получим 10 — 14 В. Забегая наперед скажу, что для нас это не опасно, т.к. стабилизатор напряжения (А5) работает до 40 В на входе. Теоретически, да и практически, мы можем взять трансформатор с большим напряжением и на выходе стабилизатора получить необходимые 5 В. Куда денется разница? Правильно – в тепло! А нам это не надо, мы строим рациональный блок питания 5 В.

Выпрямитель (А3).

Превращает переменное напряжение на входе в постоянное на выходе. Будем использовать двухполупериодный выпрямитель – диодный мост.

Фильтр (А4).

Предназначен для сглаживания напряжения после выпрямителя. Используется обычный электролитический конденсатор достаточно большой емкости. Чем больше емкость конденсатора, тем меньше пульсации. У конденсатора кроме емкости есть еще такой параметр как напряжение, будьте внимательны и берите конденсаторы с запасом. Мы условились, что в блоке питания на 5 В вторичная обмотка трансформатора (А2) будет на 7 — 10 В и с учетом повышения напряжения в 1,41 раз возьмем конденсатор не менее 25 В. В момент, когда конденсатор заряжается, протекающий через диодный мост ток увеличивается т.к. необходимо обеспечить и заряд и нагрузку. Обратное напряжение диода тоже велико – происходит суммирование входного и выходного напряжений. Поэтому диоды для выпрямителя нужно подбирать с запасом по параметрам.

Стабилизатор напряжения (А5).

Это микросхема, служит для стабилизации диапазона напряжений на входе в четко установленное значение на выходе. Логично, что входное напряжение должно быть больше выходного, как правило, не менее чем на 3 В. Максимальный порог обычно ограничен 30 — 40 В. Стабилизатор лучше брать в корпусе TO220 и установить на радиатор, по крайней мере, в нашем блоке питания на 5 В я рекомендую это сделать.

Индикатор (А6).

В повседневной жизни мы уже настолько привыкли, что любая техника нам весело подмигивает светодиодом, когда мы ее включаем, то я решил, что индикатор рабочего режима не помешает в БП 5 В. Он состоит из светодиода и токоограничивающего резистора. Светодиод красного или зеленого цвета свечения на напряжение 1,5 В или 3 В, только посчитайте правильно сопротивление резистора. Сопротивление токоограничивающего резистора рассчитывается по формуле:

R = (Uпит — Uсвет)/Iсвет, где

Uпит – напряжение источника питания;

Uсвет – прямое напряжение светодиода;

Iсвет – прямой ток светодиода.

Рекомендую воспользоваться отличным калькулятором для расчета токоограничивающего резистора.

Пора переходить от теории к практике. Вашему вниманию предлагается принципиальная схема блока питания 5 В:

Для наглядности на схеме БП выделены блоки согласно структурной схемы. Пройдемся по схеме.

Первым идет предохранитель FU1, не забывайте про него в своих конструкциях, это очень важный элемент. Нередко, жертвуя собой, он спасает всю схему. Предохранитель должен быть рассчитан на ток 0,15 А, можно взять и мощней, но до 0,5 А, это на тот крайний случай когда 0,15 А сгорает. Все зависит от качества трансформатора. Больше 0,5 А не ставьте ни в коем случае!

 

Выключатель SA1 любой подходящий, лучше конечно если у него будет две группы контактов как показано на схеме. Отлично подойдет на 250 В, 6 А. Ставить с подсветкой в блок питания не советую, у нас в качестве индикатора будет светодиод который стоит на выходе БП и в отличии от неонки в кнопке сигнализирует о работе всех предстоящих компонентов.

 

Далее по схеме блока питания 5 В идет варистор RU1. Можно любой, я поставил JVR-07N471K. Главное чтобы так называемое классификационное напряжение было 470 В, не меньше – будет греться, и не больше – будет пропускать перенапряжение.

 

Сопротивление резисторов R1 и R2 5 — 20 Ом, мощность до 2 Вт. Если при сборке блока питания эти резисторы у вас окажутся рядом – оденьте на них термоусадку или кембрик, таким образом, их нужно изолировать друг от друга, потому что собственная изоляция резисторов штука ненадежная. На предлагаемой ниже печатной плате эти резисторы разнесены, тем не менее, лишняя изоляция не повредит.

Конденсатор C1 неэлектролитический пленочный серии К73-17 номинальное напряжение 630 В, емкость 0,1 — 0,47 мкФ.

 

Про трансформатор Т1 для блока питания 5 В уже говорили, вкратце напомню – первичная обмотка 220 В, вторичная 7 — 10 В, мощность 4 — 8 Вт.

 

Диодный мост VD1 рекомендую брать готовый, конечно если есть желание можно спаять из диодов. При подключении смотрите маркировку на корпусе. Если все же решили собрать из диодов, напомню, что на корпусе диода полоской маркируется катод, как определить катод на схеме смотрите рисунок, красным отмечена буква «К» это он и есть. Что касается параметров, для нашего БП 5 В берем мост с запасом, я выбрал KBL01.

Фильтр блока питания, он же конденсатор электролитический C2 типа К50-35. Электролитические конденсаторы имеют полярность, на корпусе маркируется минус, в схеме указывается плюс, будьте внимательны, если перепутаете ба-бах обеспечен. Тоже произойдет, если напряжение питания превысит номинальное конденсатора. Емкость 2200 — 4700 мкФ, меньше нельзя из-за роста пульсаций, больше — нет смысла. Напряжение 25 В и выше. Не забывайте мы условились, что в собираемом БП вторичная обмотка на 10 В, не больше, учитывая повышение в 1,41 раз, получаем с запасом 25 В. Вообще, при подборе трансформатора умножайте примерно на 1,5 подаваемое на конденсатор напряжение (т.е. с учетом 1,41) – это будет запас на прочность.

Стабилизатор напряжения также важный компонент схемы блока питания на 5 В. Есть отечественные, есть импортные аналоги выбирать вам. Я остановился на L7805A, максимальное входное напряжение – 35 В, выходное – 5 В, выходной ток до 1 А, корпус TO220. Конденсатор C3 рекомендуется для предотвращения самовозбуждения стабилизаторов. Подойдет обычный керамический многослойный серии К10-17Б, емкость 0,1 — 4,7 мкФ.

Последний элемент блока питания 5 В – индикатор работы. Светодиод HL1 и токоограничивающий резистор R3. Светодиод АЛ307БМ, сопротивление резистора согласно расчетам 300 Ом, мощность 0,125 Вт. У светодиода, как и у диода, есть катод, и анод не перепутайте при подключении. Определить полярность поможет мультиметр в режиме омметра или в режиме проверки диодов, при правильном подключении светодиод загорится.

5 В блок питания собран на одностороннем фольгированном стеклотекстолите размерами 60х26 мм. Предохранитель FU1, выключатель SA1 и трансформатор Т1 располагаются отдельно. Светодиод HL1 по желанию, его можно вынести на корпус.

Печатная плата блока питания 5 В со стороны элементов выглядит так:

А со стороны выводов элементов выглядит следующим образом:

Предлагаю вам скачать печатную плату блока питания 5 В в формате .lay в конце этой статьи.

В наладке правильно собранный блок питания 5 В не нуждается.

Список файлов

bp_5v.lay

Печатная плата блока питания 5 В

  • Загрузок: 1533
  • Размер: 23 Kb

imolodec.com

Блок питания 5В 2А | Все своими руками

Опубликовал admin | Дата 5 июля, 2016

Как сделать блок питания своими руками, об этом пойдет речь в данной статье. Выходное стабилизированное напряжение блока – 5 вольт, номинальный ток нагрузки 2 ампера. Выход блока питания имеет защиту от короткого замыкания. Принципиальная схема устройства показана на рисунке 1.


В схеме применен унифицированный накальный трансформатор ТН-220-50. Данные на него можно посмотреть в таблице ниже.

ТН2-127/220-50, параметры

Данные трансформаторы имеют несколько модификаций. Поэтому подключение первичной обмотки у них отличается. Если трансформатор рассчитан только на напряжение 220 вольт, то это напряжение надо подключать к выводам 1 и 5 первичной обмотки, см. рисунок 2.

ТН2-127/220-50, схема включения

Если в своем обозначении трансформатор имеет 127, то его схема показана на рисунке 3. В этом случае надо будет еще поставить перемычку между выводами 2 и 4 первичной обмотки. Выходное переменное напряжение величиной 6,3 вольта поступает на выпрямительный мост, состоящий из четырех диодов КД202В, можно применить и готовый мост на ток не менее четырех ампер. Например, из импортных, это RS401, KBL005. Шести амперные мосты – KBU6A, RS601, BR605, KBPC6005 и др. Постоянное напряжение на конденсаторе фильтра будет примерно равно 6,6×1,41= 8,8 вольт. Основой стабилизатора служит микросхема К157ХП2, в состав которой входит источник опорного напряжения с устройством управления временем включения и выключения, усилитель сигнала рассогласования, регулирующий элемент с токовой тепловой защитой. Имеет все то, что нам надо! Правда в состав микросхемы входят еще два транзистора для генератора стирания и тока подмагничивания магнитофонов (микросхема то магнитофонная), но мы их использовать не будем. В качестве регулирующего транзистора в схеме используется мощный составной транзистор КТ829А (схема Дарлингтона). В крайнем случае, можно применить менее мощный транзистор КТ972А или соответствующие импортные, какие ни будь TIP120, 121,122, имеющий ток коллектора пять ампер.

И так, как уже говорилось выше, схема имеет вывод включения/выключения — 9. Что бы включить стабилизатор надо на этот вывод подать напряжение не ниже двух вольт. В первый момент после подачи напряжения на вход стабилизатора, это напряжение формируется цепочкой R1 и С2. За время протекания тока заряда этого конденсатора успевает включиться сам стабилизатор и часть его выходного напряжения через резистор обратной связи так же подается на вывод 9. Это удерживающее напряжение для поддержания стабилизатора в рабочем состоянии. Вывод 8 микросхемы, это выход напряжения источника опорного напряжения. У данной микросхемы это напряжение равно 1,3 вольта. С8 – конденсатор фильтра и одновременно конденсатор задержки включения стабилизатора. Таким образом, если у вас не будет включаться стабилизатор, то надо будет увеличить емкость конденсатора С2. Т.е. увеличить время заряда этого конденсатора, что бы успел включиться стабилизатор.

Чтобы выключить стабилизатор, надо нажать на кнопку SA3 – Стоп. Она зашунтирует вывод 9 DA1 на общий провод, открывающее напряжение пропадет, стабилизатор закроется. Прекрасная микросхема, напряжение выключенного стабилизатора в моем случае равно всего 7,6 мВ. То же самое произойдет, т.е. стабилизатор выключится, когда в его выходной цепи произойдет короткое замыкание. Так же пропадет открывающее напряжение. Через резистор R1 напряжение на вывод 9 поступать не будет, так как уже заряженный конденсатор для постоянного тока имеет очень большое сопротивление. В таком состоянии схема может находиться сколько угодно долго. Для повторного запуска стабилизатора необходимо или снять напряжение питания и снова подать, или нажать на кнопку пуск. В этом случае открывающее напряжение на вывод 9 поступит через резистор R1.

Подстроить выходное напряжение стабилизатора можно резистором R4. При токе нагрузки, равному 2 амперам и падении напряжения на регулирующем транзисторе 8,8-5=3,5 вольт, мощность, на нем выделяемая, будет равна P = U x I = 3,5 x 2 = 7 Вт. Отсюда следует, что транзистору необходим соответствующий теплоотвод, площадь которого можно прикинуть, посетив страницу со статьей «Расчет радиаторов». Я тут прикинул и получилось, примерно, 200см2.

На сайте есть другой блок питания с использованием этой же микросхемы, если интересно можете заглянуть в статью «Блок питания от2 до 30 вольт» или же сюда «Стабилизатор 5В». Пока все. Удачи. К.В.Ю.
Скачать статью «Блок питания 5В 2А своими руками»

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Просмотров:11 154


www.kondratev-v.ru

5 Вольт 2 Ампера блок питания с microUSB штеккером

Началось все с того, что у старенького планшета начал барахлить блок питания и я решил подобрать ему замену. Нашел вариант с привычной нам вилкой и не отсоединяемым кабелем.
Старый блок питания я скорее всего починю и уже даже придумал куда его применить, а сегодня попробую протестировать новый.

Постараюсь сделать обзор коротким, но максимально по делу. Будут как всегда, тесты, разборка, анализ.

Пришел блок питания в конверте, без всяких коробочек и т.п.
К слову в последнее время приятно удивляет скорость доставки с чайнабея, посылки удет примерно полторы недели.
5 Вольт 2 Ампера блок питания с microUSB штеккером 14407539941280573560w.jpg

Блок питания относительно маленьких размеров, на вид уменьшенная копия популярных блоков 12 Вольт 2 Ампера.
Длина кабеля около 1.4 метра, как по мне лучше бы он был раза в два короче.
Обрадовало несколько вещей.
1. Блок питания действительно с евро вилкой, а не с переходником в комплекте.
2. Кабель не отключаемый, лишние контакты никак не увеличивают надежность.
3. БП брался для планшета u9gt4. Он имеет алюминиевый корпус и далеко не все штеккеры нормально работают. Здесь проблем я не обнаружил.
5 Вольт 2 Ампера блок питания с microUSB штеккером 1440754001457604540w.jpg

Всем думаю понятно, что без тестов обзор блока питания это вообще не обзор, потому я собрал небольшой стенд для проверки.
В него входило:
Электронная нагрузка + блок питания к ней
Осциллограф
microUSB гнездо с припаянным проводом.
Ну и сам обозреваемый блок питания

Наверняка некоторые читатели скажут, что правильно измерять напряжение на выходе блока питания, а не после кабеля. Но я рассуждал так — раз кабель не отсоединяемый, то заменить его на лучший нельзя, значит он будет работать именно в таком виде, потому и тестировать надо именно так.
5 Вольт 2 Ампера блок питания с microUSB штеккером 144075400011631985430w.jpg

Первое испытание на холостом ходу.
Выходное напряжение несколько завышено, позже я объясню почему, но скажу сразу, сделано это было специально.
5 Вольт 2 Ампера блок питания с microUSB штеккером 14407539962544276090w.jpg

Пульсации измерялись в положении делителя щупа 1:1.
Ну на холостом ходу пульсации бывают очень редко, потому здесь так же все в порядке.
5 Вольт 2 Ампера блок питания с microUSB штеккером 144075399311728689280w.jpg

Дальше четыре теста с разным током нагрузки, заодно здесь хорошо видно что такое электронная нагрузка и зачем она нужна.
Испытательные токи:
0.5 Ампера — напряжение в норме.
1.0 Ампера — напряжение в норме, пульсации почти такие же как при 0.5 Ампера и составляют 90мВ.
1.5 Ампера — напряжение еще в норме, но пульсации уже явно повыше, около 120мВ
2.0 Ампера — напряжение уже сильно просело, пульсации выросли до 150мВ.
Не скажу что напряжение пульсаций ну очень критичное, но мне скорее не нравится их форма.
5 Вольт 2 Ампера блок питания с microUSB штеккером 14407540027770626660w.jpg

Ну и осциллограммы.
5 Вольт 2 Ампера блок питания с microUSB штеккером 144075399811985016250w.jpg

Еще с далеких времен, когда в ходу была 155 и 555 серия логических микросхем, я привык считать, что пока напряжение питания находится в пределах +/-5% (для 5 Вольт), то все нормально.
Соответственно я решил определить максимальный ток, который может выдать БП еще оставаясь в границах допуска.
Измерение показало, что это 1.71 Ампера, хотя БП промаркирован как 2 Ампера.
Но на самом деле это скорее не вина самого БП, а большой длины кабеля. Собственно потому я и жалел что кабель длинный.

www.taker.im

5 Вольт 2 Ампера блок питания с microUSB штеккером

БП удивил меня в очередной раз. Я уже взял по привычке нож, молоток и стукнул пару раз по шву между половинками корпуса, но сразу понял что что-то не так, звук был другой.
Не дело, подумал я и начал искать крепеж, как и ожидалось он нашелся под наклейкой.
Удобно, уже так привык что БП клееные, что даже непривычно.

Долез я до платы и тут меня БП опять удивил.
Еще когда я увидел «фантомы», то первым делом подумал, что БП сделан как всегда по автогенераторной схеме, как самой дешевой и не имеет выходного дросселя.
БП был собран на довольно известном ШИМ контроллере Viper22A и имел выходной дроссель.
А вот входной дроссель отсутствовал 🙁
Зато стоял Y1 конденсатор между входом и выходом, хотя часто ставят просто высоковольтный керамический.
Выходные конденсаторы по 470мкФ, мало, при 2 Амперах надо хотя бы 1000мкФ.

Но первое что бросилось в глаза, это слишком мелкий трансформатор. Насколько я знаю, для частоты 60КГц, на которой работает этот ШИМ контроллер, трансформатор должен быть раза в полтора больше.
По входу присутствует предохранитель.
Выше я писал, что объясню почему завышено выходное напряжение. Это не дефект, а именно так и задумано. микросхема, которая следит за выходным напряжением, имеет пороговое напряжение в 2.5 Вольта, значит для 5 Вольт ставят делитель 1 к 2. но здесь стоял делитель из резисторов 4.7 и 5.1 КОм. Соответственно выходное напряжение поднимали специально, именно из расчета работы на большую длину кабеля, но помогло это слабо 🙁

Хоть плата сделана на дешевом гетинаксе, пайка вполне терпимая, но ШИМ контроллер явно менялся, присутствуют следы пайки и флюса.

Более подробные фотографии.
1. ШИМ контроллер Viper22A, при этих условиях расчетная мощность около 12 Ватт, запас совсем маленький.
2. Выходной диод SR560, Шоттки 5 Ампер, неплохо, при этом рядом присутствует место для еще одного диода, видимо расчет на установку двух более слабых диодов.
А вот кабель для такого тока тонковат, особенно при такой длине.
3. Входной конденсатор на 6.8 мкФ, мало. Для такого БП должно быть 10мкФ или больше.
4. Еще один электролитический конденсатор, в цепи питания ШИМ контроллера. Здесь емкость вполне достаточна. Проблем с запуском БП нет, стартует мгновенно.

После осмотра я составил принципиальную схему данного БП.

Так как я открыл Бп не только для осмотра, а и для попытки доработки, то я порылся в своих запасах и решил добавить\заменить некоторые компоненты.
1. Увеличить емкость входного конденсатора, но 10мкФ не нашел, пришлось взять 2.2 и добавить параллельно существующему (уменьшение пульсаций на частоте 100Гц и снижение нагрева ШИМ контроллера)
2. Поставить керамические конденсаторы емкостью 0.22мкФ параллельно выходным конденсаторам (уменьшение пульсаций выходного напряжения на ВЧ)
3. Поставить RC цепочку параллельно выходному диоду (немного уменьшает помехи от переключения диода)
4. Заменить выходной дроссель с 10мкГн на 20мкГн, кроме того старый дроссель был намотан явно тонким проводом и замена дросселя даст чуть меньшие потери на нагрев.
5. Заменить одни из выходных конденсаторов на более емкий и качественный.

На схеме я пометил цветом измененные и добавленные компоненты.
На самом деле я пробовал еще увеличивать емкость С3 до 100нФ и ставить такой же конденсатор параллельно С4, но разницы не было.

Вот как выглядел БП после доработки.

Но как показала практика, разницы не было, вообще. Так же никуда не пропали «фантомы».
Увеличение С3 и установка керамического конденсатора параллельно С4 была уже последней попыткой, но это ничего не изменило.
Первый раз моя модификация не помогла. Думаю что объяснение этому может крыться в неправильном трансформаторе, который скорее всего работает в режимах близких к насыщению.

Зато в процессе экспериментов я проверил температуру компонентов в работе. Прогрев около получаса, быстрое открытие корпуса и замер температур:
Трансформатор — 90-93 градуса
ШИМ контроллер — 80 градусов
Выходной диод — 80-86 градусов.

Но когда я подключил этот БП к планшету, для которого он вообще предназначался, то увидел что проблем с ним нет, все работает отлично.

После этого я решил уже скорее ради любопытства посмотреть как работает родной БП моего планшета. Ведь с ним проблем нет, можно спокойно работать во время заряда.
Измерение показало, что колебания напряжения от изменения нагрузки гораздо меньше.
При работе без нагрузки он показал около 5.06 Вольта, а под нагрузкой в 2 Ампера — 4.92 Вольта. Результат отличный.

Но когда я увидел осциллограмму пульсаций по выходу этого БП, то подумал, КАК?
Как БП с таким уровнем пульсаций не дает помех работе тачскрина, а при БП с явно меньшим уровнем пульсаций работать вообще невозможно?

mysku.ru

Raxfly, зарядное устройство, 5 Вольт 7.2 Ампера. Описание, обзор и тест USB зарядного устройства Raxfly. Обзор зарядки Raxfly

Предложили мне не так давно написать обзор USB зарядного устройства, а так как я люблю ковырять всякие блоки питания, то согласился. Так что буду разбирать, изучать, тестировать.

Вообще изначально планировался обзор другой модели, имеющей больший выходной ток и порт USB type-C, но пришла почему-то модель попроще. Кроме того заказанная модель подключалась в розетку кабелем, а обозреваемая выполнена в виде "вилка в розетку". В моем случае модель с кабелем была бы более удобна, но что прислали, то и будем ковырять. 🙂

Ключевые характеристики-
Выходное напряжение — 5 Вольт
Ток нагрузки — до 7.2 Ампера (почему-то написано Вольт).

Часть первая, осмотр.

Поставляется в мягкой упаковке, при этом сам блок питания лежит в дополнительном мягком пакете.

Внешне очень даже аккуратное, черный корпус с покрытием напоминающим СофтТач. Конструкция довольно прочная, здесь думаю ругать не буду.

Размер довольно приличный, но при этом при подключении к обычной розетке не мешает соседним, так как не выходит за пределы корпуса розетки. Хотя мне больше нравятся блоки питания с кабелем, не люблю большие адаптеры включенные в розетку. А в планируемом применении обозреваемый адаптер вообще подключить нельзя 🙁

Информация о размерах со странички магазина.

Сбоку корпуса указаны те же технические характеристики, что и на картинке выше, 5 Вольт 7.2 Ампера, входное напряжение 100-240 Вольт.
Устройство имеет четыре порта, два для Андроид устройств и два для Apple. Для меня это особого значения не имело, так как мои устройства чаще заряжаются через кабели без информационных жил.

Корпус состоит из двух склеенных половинок, тонкая отвертка, минута времени и отделяем одну половинку от другой. Так как в данном случае я никак не беспокоился о нарушении внешнего вида, то не стал и особо стараться, но открылось устройство вполне аккуратно.

Но плата внутри оказалась дополнительно зафиксирована чем-то типа клея, пришлось буквально выдирать ее из корпуса, ниже будут видны следы бокорезов.

Что сказать, если просто внешнее впечатление, то аккуратно, ничего не торчит.

Кстати, внизу фото заметны провода к сетевой вилке, провода имеют силиконовую изоляцию и спокойно выдерживают температуру жала паяльника. По своему дополнительная защита.
Компоновка довольно плотная, но свободное место все таки есть. Хотя на мой взгляд радиаторы могли быть и побольше.

К качеству пайки также особых претензий не возникло, но есть места с небольшими брызгами припоя (например справа вверху), в остальном аккуратно. Плата имеет защитные прорезы, но при этом точка крепления радиатора выходного диода находится на расстоянии около 4мм от входных цепей. Второе сомнительное место около защитного прореза, по хорошему прорез надо было продолжить до отверстия над ним. Так как пыль вряд ли попадет внутрь этого БП, то можно сказать что сойдет, но на мой взгляд все равно не продумали.

Я выше не зря написал про увеличение площади радиаторов. Например вот блок питания 5 Вольт 6 Ампер, выходные диодные сборки (две!) стоят на большом радиаторе, плоскость которого параллельна плоскости корпуса. У обозреваемого радиатор куда меньше и диодная сборка одна.

Распишу и попробую проанализировать основные узлы блока питания.
1. Входного фильтра нет, нет даже термистора, ограничивающего ток заряда фильтрующих конденсаторов. Но это распространенная практика у подобных устройств, компактность и цена требуют жертв.
2. Входной фильтр набран из трех конденсаторов емкостью 10мкФ каждый. Выходная мощность Бп заявлена как 7.2х5=36 Ватт, минимальная емкость входного фильтра 35-40мкФ (для напряжения 198-242 Вольта), здесь установлено 30мкФ, что явно мало и уж тем более мало для напряжения в 100 Вольт, заявленного в характеристиках.
3. Высоковольтный транзистор, MDF6Т60.
4. Трансформатор низкопрофильный, габаритная мощность примерно соответствует заявленной.
5. Выходная диодная сборка SBR20100CTP и межобмоточный помехоподавляющий конденсатор Y типа, вопросов нет что к первому, что ко второму. Хотя куда правильнее было бы применить две диодные сборки, о синхронном выпрямителе я даже не мечтаю.
6. А вот на выходных конденсаторах также сэкономили. 3х1000мкФ, причем явно дешевые. И емкости мало, и качество хромает.

Высоковольтная часть, немного удивил "зоопарк" резисторов в цепи высоковольтного транзистора, видимо подбирали для более точного задания максимального выходного тока. Общее сопротивление 0.755 Ома.
Но странно то, что последовательно с затвором полевого транзистора нет не то что цепи из диода и резистора, а вообще нет ничего, прямая дорожка между ШИМ контроллером и транзистором.

ШИМ контроллер имеет маркировку 5673A, даташит на него я не нашел, но такой контроллер часто попадается в китайских БП. Например в таком БП. Там же я писал, что это может быть 63D39 и более известный FAN6862.

На выходе установлено четыре USB разъема, шины питания соединены параллельно, что вполне логично, так как устройство не поддерживает функцию QC. В принципе можно снять всю мощность даже с одного разъема, правда думаю что он скорее всего при этом просто расплавится.
Контакты шины данных у левой пары разъемов соединены параллельно и подключены к делителям напряжения, у правой пары имеют отдельные делители для каждого контакта.

Небольшое описание принципа работы всей этой системы, цитата из моего же обзора.
Дело в том, что принцип заряда всяких устройств через USB реализован так, что блок питания имеет на своих клеммах определенную комбинацию резисторов, а потребитель, определяя установленную комбинацию, знает, какой ток он может взять. Так как устройство может быть подключено к компьютеру, у которого порт может отдать не более 0.5 (0.9 в USB 3.0), то такая мера безопасности не лишняя.
Более подробно здесь
Для работы с устройствами Apple применен второй вариант из показанных ниже.

В случае если шины данных соединены вместе, то вариантов может быть много. Здесь стоит делитель 33/10к, что наиболее близко либо к варианту 4 из примера выше, либо к последнему из описания ниже. В любом случае он позиционируется как "For samsung galaxy".

Конечно я перерисовал схему, возможно кому нибудь она поможет при ремонте или доработке. Что интересно, схема весьма похожа на схему этого блока питания, разница не очень большая, а характеристики обоих БП одинаковы.
Выходное напряжение жестко фиксировано и не подстраивается, но при этом применены номиналы делителя таковы, что выходное напряжение будет больше чем 5 Вольт (для 5 Вольт номиналы резисторов одинаковы).

Часть вторая, тесты.

Подключаться было не очень удобно, пришлось импровизировать. Плюс хотел взять прямо от радиатора блока питания.

Уже когда подключался, заметил что радиатор очень близко к одному из USB разъемов. Думал уже ругать разработчиков, но потом решил проверить, оказалось что применена диодная сборка у которой средний вывод изолирован от фланца теплоотвода. С одной стороны правильно и безопасно, а с другой… Применит производитель другой тип диодов и появится шанс получить КЗ.

В общем как-то подключился и перешел к тестам.
Первым шел тест стабилизации выходного напряжения под разной нагрузкой, КПД и уровень пульсаций.
Я планировал начать с нуля и постепенно, с шагом в 1.5 Ампера поднимать выходной ток.
1. Без нагрузки, потребление ниже порога работы измерителя мощности. Выходное напряжение 5.14 Вольта.
2. Нагрузка 1.5 Ампера, мощность на выходе 7.725 Ватта. КПД 75%

1. Нагрузка 3 Ампера, выходная мощность 15.5 Ватта, КПД 79%. Уровень пульсаций около 100мВ.
2. Нагрузка 4,5 Ампера, выходная мощность 23,26 Ватта, КПД 80%. Уровень пульсаций около 120мВ.

1. Нагрузка 6 Ампер, выходная мощность 31,1 Ватта, КПД 79%. Уровень пульсаций около 140мВ.
2. Нагрузка 6,7 Ампера, выходная мощность 34,7 Ватта, КПД 79%. Уровень пульсаций около 150мВ.

Вы наверное заметили, что последний тест проходил не при заявленном токе в 7.2 Ампера и тем более не при планируемом мной 7.5 Ампер.
Дело в том, что в процессе экспериментов выходное напряжение упало ниже установленного мною порога в 4 Вольта.

Для выяснения максимального выходного тока я запустил автоматический тест, который выдал значение в 6.8 Ампера, для последнего теста я просто снизил это значение на 100мА, потому вышло 6.7 Ампера. Это ток, при котором БП работает стабильно.
Так что можно считать, что по пункту "выходной ток" тест БП провалил.

Но выходной ток это одно, а максимальная выходная мощность, совсем другое. Для выяснения максимальной выходной мощности я тест с длительной нагрузкой. Из-за особенностей конструкции БП и метода подключения пришлось тестировать так, как показано на фото. Передняя часть полностью не прилегала, улучшая охлаждение, но при этом БП лежал на столе, что в свою очередь ухудшало охлаждение, потому я решил что, то на то и выходит.

Тест был точно такой же, как я провожу всегда, постепенное увеличение тока нагрузки с интервалами в 20 минут. Т.е. нагрузили, 20 минут ждем, измерили температуру, подняли ток, опять 20 минут ждем и так до конца.

Не буду приводить все фото тестов, потом просто сведу все в табличку, но об одном нюансе расскажу. После поднятия тока до уровня 4.5 Ампера заметил на графике выходного напряжения странную картину. Причем "на холодную" этого не было, проблема вылезла после прогрева.

Пришлось опять доставать осциллограф и проверять, что творится на выходе.

А на выходе пульсации с частотой около 1кГц и размахом 0.4 Вольта с выбросами до 0.8 Вольта. При этом БП тихонько "зудит", но так как шумел вентилятор электронной нагрузки, то я сразу этого даже не заметил.
Ниже осциллограммы при токе 4.5 Ампера и 5.5 Ампер.

Весь тест занял около 1 часа 50 минут, 5 этапов с токами 1.5-3.0-4.5-5.0-5.5 Ампера, лишние 10 минут накопились в процессе измерений.
Бросок тока примерно в середине процесса это не глюк нагрузки, просто сначала после 4.5 Ампера я выставил 5.5 Ампер, а потом решил что лучше сначала проверю при токе 5 Ампер.

Так как я привык проводить неразрушающие тесты, то остановил процесс при достижении температуры трансформатора выше 100 градусов, диодная сборка при этом имела температуру около 120 градусов. При этом от БП шел сильный запах перегретого лака.
Я могу конечно экспериментировать дальше и я думаю что БП выдал бы и 6-6.5 Ампера, но ремонтировать его потом было бы лень.

Итоговые результаты теста выходной мощности, а если точнее, то нагрева.
Могу сказать, что эксплуатировать блок питания можно кратковременно при токах до 6-6.5 Ампера, но длительно не более 4.5 Ампера. Максимальный длительный ток я бы определил на уровне 5 Ампер, но лучше в таком режиме не пользоваться.
По пункту — "выходная мощность" БП тест провалил.

Выводы.
При довольно аккуратной и прочной конструкции БП имеет и ряд проблем.
1. Выходной ток максимум 6.8 Ампера вместо заявленных 7.2
2. Выходная мощность (длительная) 22.5-25 Ватт вместо заявленных 36.
3. Наличие пульсаций с частотой около 1кГц при выходном токе более 4.5 Ампер, после прогрева.
4. Входные конденсаторы имеют емкость меньше требуемой для такой мощности.
5. Выходные конденсаторы имеют низкое качество и емкость меньше требуемой для заявленного выходного тока.
6. Отсутствует как входной, так и выходной фильтр.

Уже в процессе подведения итогов я вспомнил обзор подобного БП от автора malimana, там он приводил фотографию БП в таком же исполнении, но с заявленным током 5.2 Ампера, что гораздо ближе к реальности.
Ниже показано как увеличить выходного тока блока питания изменением одной цифры, оказывается всё так просто, а я не знал, детали менял, радиаторы увеличивал, а тут цифру изменил и почти в полтора раза мощнее стал.
Вообще запихнуть в такой объем БП с мощностью 35 Ватт возможно либо при высоком выходном напряжении, либо с применением синхронного выпрямителя на выходе.

В общем на этом все. На мой взгляд сам по себе блок питания применять можно, но цена в 11 долларов явно великовата за эти характеристики, особенно с учетом вышеуказанных недостатков. Кроме того следует помнить, что реально это БП с током 4-4.5 А длительно и 5-6 А кратковременно , а не 7.2, как указано в описании. У продавца в конце страницы вроде есть намек на купон доллар от девяти, но как его получить, я не понял.

Предвижу замечание, что без порта QC он вообще не нужен. Да, порт не помешал бы, но к примеру лично мне он не нужен и думаю, что я не одинок в этом. Есть много задач, где QC не нужен, но производитель мог бы просто выпустить два варианта, с QC и без.

www.kirich.blog

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о