Компактный блок питания SPM260, 36 вольт 7 ампер

Сегодня на обзоре довольно интересный блок питания на 36 вольт 7 ампер. Я уже давно обращал внимание на такие БП, так как судя по фото, по конструкции они заметно отличались от типичных недорогих блоков питания похожих размеров и мощности. Поэтому, когда увидел хорошую цену со скидкой в одном из магазинов, решил купить один на пробу. Сейчас ценник на этот лот уже другой, но в магазинах и на али и на других маркетплейсах периодически бывают выгодные цены на этот товар.

Описание и характеристики со страницы товара (есть две версии, на 24В/10А и 36В/7А):

Входное напряжение: 85-265 В переменного тока

Частота: 50/60 Гц

Выходное напряжение: 24 В/36 В

Выходной ток: 10А/7А

Выходная мощность: 240/252 Вт

Защита от перегрузки по току: Да

Защита от перегрузки: Да

Защита от короткого замыкания: Да

Пруф покупки:

Заказ в составе объединенной посылки ехал ко мне около месяца, вес в трекинге несколько раз менялся, уменьшаясь до 35 грамм, но в итоге всё закончилось хорошо и блок питания оказался у меня. Упакован был качественно, в две картонные коробки с прокладкой из пупырки. 

Габаритные размеры 120х72х40, силовой трансформатор чуть выступает сверху за габарит шасси. 

Блок сравнительно компактный для заявленной выходной мощности 250 ватт, при этом компоновка не слишком плотная.

На фото рядом для сравнения популярный дешёвый блок питания на 36В/5А.

Блок открытый и не имеет защитного кожуха, собран на П-образном  шасси-радиаторе из алюминия, снизу и с боков есть крепёжные отверстия с резьбовыми втулками.

Никакой маркировки на корпусе нет, только на плате нанесена надпись SPM260-001A.

По фото платы можно понять, что БП сделан по топологии резонансного LLC — преобразователя с активным корректором коэффициента мощности (PFC), собственно это изначально и привлекло моё внимание. Подробно рассказывать об этой топологии я сейчас не буду, это тема для отдельной статьи, но если вкратце, то она позволяет получить высокий КПД в широком диапазоне мощности и входного напряжения, а также снизить уровень излучаемых помех, ну а минусы это несколько более высокая стоимость и сложность расчёта.

Разберём БП, чтобы его было удобнее обс обзирать, для этого надо выкрутить восемь винтов, четыре крепят плату электроники и ещё четыре силовые элементы. На предыдущих фото можно было заметить, что два из четырех винтов, крепящих плату к основанию, закручены не до конца, дело в том, что винты эти почему-то длиннее остальных, и если их вкрутить полностью, будут выпирать с обратной стороны. Видимо четырёх одинаковых винтиков в подвале на фабрике не нашлось;)

Все силовые полупроводники в полностью изолированных корпусах, были установлены на термопасту, под платой есть защитная прокладка. Разбирается блок легко, ремонтопригодность отличная.

Плата двухслойная, все SMD компоненты распаяны на обратной стороне. Выглядит плата достаточно аккуратно, флюс отмыт, монтаж SMD деталей и пайка явно заводские. Дополнительной пропайки дорожек припоем нет, но силовые дорожки продублированы с обеих сторон, на переходных отверстиях также не экономили. В целом разводка платы мне понравилась, хотя два из четырех выходных электролитов стоят после клеммника, это немного снижает их эффективность.

Сердцем данного блока питания является чип TEA2016AAT от NXP Semiconductors (даташит, демо-плата). Это современный (2019 г.) контроллер резонансного преобразователя и активного корректора мощности, с кучей защит и технологий для повышения эффективности. 

Контроллер имеет несколько интересных особенностей, насколько я понял из беглого чтения даташита, здесь применён немного нетипичный алгоритм управления ключами LLC-преобразователя. В большинстве источников питания с резонансной схемой используется простая частотно-импульсная модуляция, то есть стабилизация напряжения при колебаниях выходного тока происходит за счёт изменения частоты инвертора. Соответственно, на малой мощности частота преобразования повышается, растут потери в трансформаторе, и общий КПД снижается. Контроллер TEA2016 определяет выходную мощность по напряжению на резонансном конденсаторе, и адаптивно изменяет время открытия и закрытия силовых ключей, за счёт этого меняется энергия, отдаваемая в резонансный контур. Частота переключения при этом остаётся близкой к резонансной и меняется в небольших пределах.  В теории, такой способ управления позволяет повысить эффективность при неполной нагрузке и улучшить работу в переходных режимах. 

Также, у контроллера есть режим «пониженной мощности», в котором он пропускает часть тактов, а на холостом ходу и малых токах активируется обычный пакетный режим, когда импульсы следуют пачками с длинными паузами между ними. 

Типовая схема включения из даташита:

Продолжаем осмотр платы, входная часть:

Клеммник питания двухконтактный, провод заземления видимо предполагается подключать к корпусу или к одному из винтов крепления платы. Клеммники мне кстати не очень понравились, они слишком узкие, и даже луженый провод сечением 0,75 заходит с трудом.
Слева виден предохранитель на 5 ампер, рядом с ним варистор на 560 вольт и NTC-термистор 5D15. Далее следует полноценный входной CLCL фильтр: X-конденсаторы на 0,1 и 0,22 мкФ, с обратной стороны есть цепочки разрядных резисторов, два синфазных дросселя, причём намотаны они не привычным проводом, а медной шиной в лаковой изоляции; также видны два Y-конденсатора по 470 пф с выводов второго X-конденсатора на корпус. 

Диодный мост GBU1010 на 10 А 1000 В, был прижат к шасси через термопасту. После диодного моста, перед корректором, стоит плёночный конденсатор 1 мкФ 400 В.

Транзистор и диод корректора — Infineon IPA60R190P6, MURF1060.

Проволочный шунт, для контроля тока корректора. Я сначала было подумал, что это специально обученная перемычка в лучших традициях китайских разработчиков, но нет, это именно шунт из какого-то сплава типа нихрома или константана, сопротивлением около 0,1 Ом. Что интересно, на плате есть посадочные места под разные типы резисторов шунта, под выводные с лицевой стороны и смд 2512 с обратной.

Дроссель PFC на сердечнике PQ 26/25, при внимательном осмотре обнаружилось, что каркас снизу с одного угла расколот и дроссель слегка болтается на своих выводах, пришлось его отпаять и приклеить к плате на герметик. (Кстати, подскажите в комментариях, чем лучше склеивать такие детали типа каркасов, обычная эпоксидка вроде как не особо термостойкая.) 

Причём на упаковочных коробках не было каких-то следов и повреждений, ни внутри ни снаружи, так что дроссель, возможно, был таким «с завода». Но в любом случае, крепление этого дросселя к плате сделано неудачно, с одной стороны запаяны четыре ножки, а с другой — всего одна (она и откололась), неудивительно, что массивная деталь может оторваться от ударов или вибрации.

Позже обратил внимание, что даже на фото в описании товара этот дроссель со сколотым каркасом, так что всё честно — как любят писать в отзывах, «товар полностью соответствует описанию» ;)

После корректора стоит конденсатор на 120 мкФ 450 В от знаменитого китайского бренда Changxin, измеренная емкость 114 мкФ. Учитывая наличие корректора, такой емкости может быть вполне достаточно для нормальной работы, по крайней мере, при сетевом напряжении 230 В.

Транзисторы инвертора CS16N65A от неизвестного мне китайского производителя, 650В 16А 0,51 Ом, установлены на Г-образном теплоотводе, который через термопасту прикручивается к шасси. Левее мелкий конденсатор по питанию контроллера, с автоматическим подогревом от горячего радиатора — всё как мы любим ;)

Силовой трансформатор, сердечник PQ 32/30, каркас с двумя секциями, обмотки, как и у дросселя, намотаны литцендратом — специальным проводом из множества отдельных изолированных проводников, свитых определённым образом. Такой провод применяется для снижения потерь от скин-эффекта на высоких частотах. Справа от транзисторов виден резонансный конденсатор, включенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора. В LLC преобразователе на этот конденсатор воздействует напряжение высокой частоты и значительной амплитуды, поэтому к качеству такого конденсатора предъявляются особые требования. Здесь применён полипропиленовый конденсатор типа CBB28 на напряжение 1250 вольт, ёмкость 22 нФ.

Выходная часть

Две диодные сборки MBR30U150FCT, это Шоттки на 150 вольт 30 ампер, рядом Y-конденсатор на 2,2 нФ, соединяющий земли горячей и холодной стороны.

По выходу установлены четыре конденсатора по 470 мкФ 50В типоразмера 10х20мм, от другого, не менее знаменитого бренда Changx. На обратной стороне есть фильтрующая керамика и пара нагрузочных резисторов. Слева от клеммника виден индикаторный светодиод, дросселя для дополнительной фильтрации пульсаций не предусмотрено, подстройки выходного напряжения также нет.

Стабилизация выходного напряжения на TL431, всё по классике, выходное напряжение задается делителем R30-R31/R32. Снизу справа оптопара EL1017 — даташит.

Пока возился с дросселем, заметил ещё один косяк, уже куда более серьёзный. На фото видно, что алюминиевая пластина с транзисторами практически лежит на плате и дорожках «горячей» стороны на ней. Но хуже всего то, что и пластина и всё шасси через крепёжные винты и стойки соединены с минусом выхода. То есть, от пробоя сетевого напряжения на выход или защищает только слой маски на плате, который легко может быть повреждён из-за брака, деформации или небрежности сборщика! Под радиатором нет даже защитного слоя шелкографии, только контур: 

С таким дефектом, без доработок, пользоваться этим блоком питания может быть просто опасно! Если у вас уже есть такой БП, обязательно проложите качественную изоляцию под радиатор транзисторов, также лучше изолировать шасси от выхода. Благо сделать это несложно, я заменил винты крепления со стороны выхода на нейлоновые с изолирующими шайбами (шайбы снизу, для изоляции платы от крепёжных стоек), и дополнительно наклеил полоску каптонового скотча под теплоотвод ключей.

Что интересно, в целом, глядя на плату, не скажешь что разработчик совсем не задумывался об электробезопасности, наоборот, всё выглядит очень неплохо: необходимые разрывы между первичной и вторичной частью соблюдены, есть защитные прорези в узких местах, применён оптрон с увеличенным расстоянием утечки, обмотка самопитания в трансформаторе намотана проводом в тройной изоляции, на выводах силовых элементов есть изолирующие трубки. И тут такая детская ошибка… Притом свободное место на плате есть, вполне можно было бы развести плату так, чтобы под теплоотводом не было дорожек, или сделать вырезы на теплоотводе… ну и просто соединить землю выхода с корпусом не напрямую, а через еще один Y-конденсатор, как чаще всего и делают в фирменных блоках.

Переходим к тестам.

При включении на выходе 36,082 вольта, потребляемая мощность всего 1,1 — 1,2 ватта, это отличный результат. Без нагрузки слышен очень слабый стрекочущий звук, сказывается работа в пакетном режиме, впрочем, с расстояния в полметра этот звук в тихом помещении уже не слышно.

Для начала тест стабильности выходного напряжения, нагрузочной способности и КПД:

Сразу скажу что для проверки на перегрузку мне пришлось использовать две электронные нагрузки, одна Unit на 400 ватт с задачей не справилась — блок питания без каких-либо видимых проблем выдавал 11 ампер при заявленных 7 ;)
Защита при тестировании короткими импульсами начинала срабатывать при токе 11,2 — 11,5 А, но если ток поднимать плавно, выход отключался только при 12,2 — 12,5 А.

Так как БП при перегрузке работал стабильно, все тесты я проводил до тока 10 ампер.

КПД высокий, хотя для использованной схемотехники не рекордный, впрочем с учетом погрешности бытового ваттметра реальный результат может быть на 2-3 процента выше или ниже. С прогревом КПД практически не меняется. За счёт активного PFC коэффициент мощности стабильно высокий в широком диапазоне нагрузок.

Выходное напряжение от нагрузки практически не зависит, разница между холостым ходом и полной нагрузкой составила менее 10 мВ.
Дрейф при нагреве также невелик, при длительной работе на максимальном токе напряжение просело всего на ~60 мВ. В целом, по стабильности, хороший результат.

Тест на нагрев.

Так как на предварительных испытаниях БП продемонстрировал очень небольшой нагрев, тесты на пониженной мощности я не проводил, а сразу нагрузил блок заявленным максимальным током 7 ампер (252 ватта выходной мощности). Измерения проводились пирометром, температура воздуха была около 24°, блок просто лежал на столе, никакого дополнительного обдува не было. Примерно через 25 минут температуры компонентов практически перестали расти, для верности выдержал ещё немного, результаты в табличке:

Нагрев вполне умеренный, похоже, блок действительно способен длительно выдавать заявленные 250 ватт без обдува, даже удивительно. Конечно, в тесном закрытом корпусе температуры скорее всего будут другими и это нужно учитывать.
Ради интереса, не дожидаясь остывания, поднял нагрузку до 360 ватт (10 ампер); если верить ваттметру, в таком режиме на БП рассеивалось почти 40 ватт:

Тут всё ожидаемо, уже через пять минут температура основных компонентов была в районе 100°, и тест пришлось прервать. Впрочем, думаю, с активным охлаждением результат был бы совсем другим, и даже 10 ампер нагрузки не привели бы к перегреву. Обратите внимание на высокую температуру электролитических конденсаторов (Свх и Свых в табличке), это не нагрев от платы или соседних деталей, конденсаторы греются сами по себе из-за высокого ESR и потерь на нем.

Что несколько расстроило, я не нашёл никаких цепей термозащиты на плате, хотя контроллер позволяет легко их добавить. С учетом высокого порога OCP, блок при длительной перегрузке может выйти из строя.  Да, в самом контроллере вроде как заявлена встроенная термозащита (порог 135°), но я бы на это особо не рассчитывал, так как силовые компоненты сгорят задолго до того, как контроллер прогреется до её срабатывания.

Шум и пульсации измерялись при прямом подключении щупа к клеммам, без дополнительных фильтров.

На скриншотах ток нагрузки 0, 1, 3, 5, 7 и 10 ампер, шкала 50 мВ на клетку, на токе 10 ампер пришлось переключить на 100 мВ:

Хорошо виден разный характер пульсаций при росте нагрузки, это следствие работы контроллера в разных режимах энергосбережения, о которых я писал выше. При токе от нуля до 0,5 А активен пакетный режим, от 0,5 до примерно 4 А — режим пониженной мощности, выше 4 А режим полной мощности. Что характерно, амплитуда пульсаций в энергосберегающих режимах выше, чем в обычном, такова плата за эффективность.
Можно отметить низкий уровень высокочастотного звона и «иголок», это заслуга мягкого переключения силовых транзисторов. А вот общий уровень пульсаций довольно высокий, сказывается низкое качество выходных конденсаторов и отсутствие дополнительного фильтрующего дросселя.

0, 1, 5 и 10 ампер на медленной развёртке:

Пульсаций 100Гц не видно на малых токах, с ростом нагрузки появляются, но даже при перегрузке их уровень невысокий, около 100 мВ.

Переходные процессы, на картинке напряжение на выходе при броске тока нагрузки с одного ампера до семи и обратно, выброс напряжения менее 200 мВ, отличный результат.

Включение, слева без нагрузки, справа с нагрузкой 200 ватт:

Никаких выбросов.

Бонус

Стало интересно, какой уровень пульсаций можно получить, если не экономить на выходных конденсаторах. К сожалению, низкоимпедансных конденсаторов на 50 вольт подходящего типоразмера у меня не нашлось, а колхозить более габаритные было лень. Зато нашлась отдельная платка фильтра на ток 10А, которую я когда-то спаял.

Пульсации на клеммнике фильтра, тут шкала уже 10 мВ на клетку:

То же, но на более медленной развертке:

Пульсации на ВЧ подавляются очень эффективно, даже с учётом иголок их уровень после фильтра не превышает 20 мВ от пика до пика (без фильтра — 200-400 мВ).
Пульсации на частоте 100 Гц подавляются не так хорошо, всё-таки ёмкости конденсаторов для этого не хватает, но их уровень также заметно снизился.
Так что, думаю, доработка выходного фильтра вполне имеет смысл и от этого БП реально получить «чистое» питание, да и надёжность с нормальными конденсаторами будет повыше.

Что можно сказать в итоге, блок, несмотря на все его недостатки, мне понравился. Он обладает высоким КПД и способен длительно выдавать заявленную мощность без перегрева, что нечасто можно увидеть у недорогих китайских БП. Конечно же это не фирменное решение в стиле «поставил и забыл», но для любителей рукобл рукож DIY такой БП может быть неплохим вариантом, например для питания УНЧ, да и вообще для любых задач, где требуются компактные размеры.
Основной недостаток это конечно же косяк с безопасностью, который требует обязательной доработки конструкции. Также можно отметить отсутствие защиты от перегрева, дешевые конденсаторы и отдельные дефекты сборки.
А плюсы это в целом неплохая схемотехника, высокая мощность при небольших размерах, ремонтопригодность, хорошая нагрузочная способность и умеренный нагрев даже без активного охлаждения.
 

На этом всё, надеюсь эта информация будет кому-то полезной.