Блок питания 48 вольт 4 ампера и его применение

Это один из множества вариантов бескорпусных noname-БП, которые стали «народными», в первую очередь, конечно же, из-за своей низкой цены. Был куплен для сборки бюджетного и максимально компактного регулируемого источника питания на базе преобразователя RK6006. Изначально я не планировал о нём писать, так как устройство достаточно банальное, да и здесь уже были обзоры на другие версии подобных БП. Но результаты тестов смогли меня приятно удивить, поэтому решил ими поделиться.

Общий вид:

 куплен за 755 р. с экспресс-доставкой с российского склада, пруф:

Габаритные размеры (измеренные, ДхШхВ) 114х67х34 мм.

Сверху плата выглядит аккуратно, все компоненты установлены ровно, флюс отмыт, качество пайки если не на пятёрку, то уж твёрдую четвёрку поставить можно. Монтаж компонентов довольно свободный, вполне можно было сделать плату ещё компактнее.

Есть маркировка DTS100-ES и дата 2023-03-20, также между рёбрами радиатора притаилась надпись на великом и могучем, но неизвестном мне языке:

Спросим у гуглопереводчика, что она означает:

Спасибо, гугл, теперь гораздо понятнее! (свои варианты перевода пишите в комментариях). 
 

На обратной стороне никаких деталей нет, плата выглядит уже не так красиво — присутствуют следы недоотмытого флюса и какой-то налет на текстолите. 

Понравилась трассировка платы: земля, силовые цепи и дорожки обратной связи разведены грамотно, соблюдены необходимые расстояния между «горячей» и «холодной» сторонами, переходные отверстия даже в слаботочных цепях сделаны сдвоенными — для защиты от возможного брака при изготовлении печатной платы. Нечасто можно увидеть такое внимание к деталям в недорогих БП, здесь однозначно плюс.

Сетевой фильтр в «минимальной комплектации», только предохранитель, Х-конденсатор, синфазный дроссель и термистор 5D-13. Разрядных резисторов нет, поэтому после отключения от сети есть шанс получить небольшой удар током от штырей вилки; подключение заземления также не предусмотрено. Y-конденсатор между землями присутствует, и он правильного типа.

БП построен по обратноходовой топологии на ШИМ-контроллере с токовым управлением CRE2269 (аналог OB2269).

 Схему срисовывать не стал, она мало чем отличается от типовой схемы включения из даташита:

Рассмотрим компоненты подробнее:
Силовой транзистор H20N65ANF, 650 вольт 20 ампер, установлен на термопасту.

Высоковольтный электролитический конденсатор Hyncdz 120 мкФ/400 вольт, типоразмер 18х32 мм, измеренное значение 115 мкФ. БП рассчитан на широкий диапазон сетевого напряжения (85-265В), и при пониженном напряжении такой ёмкости может не хватать для работы на полной мощности, кстати, об этом есть предупреждение в описании товара.

ШИМ-контроллер и его обвязка, справа виден шунт из четырех резисторов по 0,68 Ома для контроля тока транзистора.

Трансформатор на сердечнике PQ32/30:

Выходная часть, на радиаторе установлены пара сборок диодов Шоттки MBR20200 (200 вольт 2х10 ампер), включены параллельно. Учитывая заявленный выходной ток 4 ампера, запас по току тут внушительный. А вот по напряжению запас не такой уж и большой; впрочем, мы к этому ещё вернёмся.

Три выходных конденсатора также от Hyncdz, 470 мкФ/63 В, размер 13х22 мм, два включены до фильтрующего дросселя и один после. Подстройка выходного напряжения не предусмотрена, зато есть красный индикаторный светодиод. 
Важная деталь — оба радиатора находятся под напряжением, радиатор диодов подключен к минусу выхода, радиатор транзистора к минусу горячей стороны, будьте осторожны!

Переходим к испытаниям, для тестирования использовались электронная нагрузка Uni-T UTL8211, ваттметр PZEM-018 и мультиметр Uni-T UT171B, а также тепловизор и осциллограф. Как я уже говорил, изначально я не планировал писать обзор, поэтому фоток тестирования будет немного.
Включаем, потребление без нагрузки меньше одного ватта, работает бесшумно.

Нагружаем, блок питания стабильно работает до тока 5 ампер, после 5,2 — 5,3 А резко растёт уровень НЧ пульсаций, при токах 5,4 — 5,5 ампер срабатывает защита и выход отключается. Попутно проверил точность стабилизации напряжения в зависимости от нагрузки и температуры, на холостом ходу напряжение 48,402 В, под нагрузкой 4 ампера 48,411 В; после прогрева напряжение просело на примерно 40 мВ. В итоге нестабильность выходного напряжения составила менее 0,1% — отличный результат.

КПД высокий во всём диапазоне нагрузок, при нагреве эффективность не меняется.

Проверка нагрева при длительной работе на максимальной нагрузке, термофото сделано после 30 минут работы при токе 4 ампера, блок питания просто лежал на столе без дополнительного обдува.

Температуры основных компонентов (силового транзистора и трансформатора) высокие, но не запредельные; конечно в закрытом корпусе условия охлаждения будут хуже, поэтому для длительной работы при максимальном токе обязательно потребуется активное охлаждение. Защиты от перегрева БП не имеет, хотя у микросхемы контролллера есть специальный вход для подключения такой защиты.
Можно отметить довольно сильный нагрев снаббера диодов, там установлен один резистор 1206 5,1 Ома, и с его мощностью разработчики немного просчитались. А вот в снаббере высоковольтной части (область на фото левее конденсатора) стоят пять резисторов 1206 параллельно, и они заметно холоднее.

Потери на выходных диодах при токе 4 А небольшие, нагрев умеренный.

Оценка уровня пульсаций; как обычно, щуп осциллографа подключал напрямую к выходным клеммам:

На картинках пульсации при токе 0, 1, 3 и 4 ампера, сверху осциллограмма на медленной развёртке, снизу увеличенный фрагмент; вертикальная развёртка на всех скриншотах 20 милливольт на клетку.

Как видно, уровень пульсаций около 50 милливольт от пика до пика, для БП с выходным напряжением 48 В это очень хороший показатель. Пульсации на низких частотах также небольшие.

Интересная особенность, рабочая частота преобразования зависит от нагрузки (это видно на осциллограммах), с ростом выходного тока частота повышается. Также можно заметить, что частота постоянно колеблется; это фишка ШИМ-контроллера (Frequency shuffling technology) и служит для уменьшения уровня электромагнитных помех.

Переходной процесс при броске тока нагрузки от 10% до 100% и обратно (0,4 А — 4 А — 0,4 А), жёлтый график показывает напряжение на выходе, голубой — ток, выброс напряжения около 0,25 В, хороший результат.

С тестированием закончили, переходим к тому для чего и был куплен этот БП, — к сборке регулируемого источника питания на базе Riden RK6006.

В качестве корпуса был выбран G761A от Gainta (описание), который я покупал когда-то для другого проекта, но так и не использовал. Корпус из толстого ABS-пластика, с алюминиевыми торцевыми панелями, в комплекте крепежные винты и резиновые ножки. Габариты 158х95х47 мм, это немного меньше, чем у штатного корпуса C400 для модулей RK6006 (его размеры 178х115х51 мм).
Вооружаемся дрелью, напильниками, кувалдой, зубилом и отсекаем у корпуса всё лишнее:

На модуле RK6006 отрезаем или укорачиваем защёлки, иначе стойки крепления корпуса будут мешать. У блока питания отпаиваем клеммники, чтобы они не занимали свободное место.
Кроме этого, изначально я планировал немного поднять напряжение, примерно до 55 вольт; но подумал, что выходные диоды MBR20200 будут самым слабым местом при такой перестройке, поэтому решил на всякий случай измерить реальное напряжение на них:

Действительно, по напряжению диоды выбраны «впритык», при полной нагрузке обратное напряжение на них 170-180 вольт, а с учётом звона на фронтах — под 300 вольт. По-хорошему, здесь должны стоять Шоттки или ультрафасты минимум на 300 вольт. К сожалению, подходящих диодов у меня не нашлось, поэтому пока оставил всё как есть. Для тех, кто всё-таки захочет подстроить напряжение на таком БП, за это отвечает делитель из резистора R24 (100 кОм, верхнее плечо) и пары R20/R25 (6,8 кОм и 27 кОм, нижнее плечо, включены параллельно). Например, чтобы повысить выходное напряжение до 53 В можно заменить R24 на резистор 110 кОм.

Добавляем ещё немного деталей: сетевой разъем и выключатель, выходные клеммы, пятивольтовый вентилятор 40х40х10 мм (у RK6006 есть выход 5В 0,2А для управления вентилятором), немного проводов и крепежа.
Весь комплект деталей в сборе:

Примеряем:

Всё входит, даже осталось немного свободного места :)
Для дополнительной фильтрации ВЧ помех добавил на провод к выходным клеммам ферритовое колечко, а на платку-переходник на клеммах припаял керамику 10 мкФ/50 В.
При изготовлении задней панели допустил небольшую ошибку, просверлил отверстия для крепления вентилятора под винты с гайками, но не учёл, что после сборки нижние гайки окажутся в опасной близости от высоковольтных цепей БП (расстояние около 8 мм). Пришлось максимально укоротить эти винты, а гайки посадить на фиксатор резьбы, чтобы случайно не открутились от вибрации. Также добавил в это место изолирующую прокладку (на фото её почти не видно). Куда проще было бы нарезать резьбу прямо в задней панели, её толщина это позволяет; ну или использовать пластиковые винты и гайки.

Завершаем сборку, волшебный белый дым при включении не вышел, это успех:

Ещё немного фоток с разных ракурсов:

В сравнении со старшим братом:

На фото не так заметно, но экран RK6006 ощутимо ярче и имеет бОльшие углы обзора.

Можно поставить вертикально, экран квадратный, а ориентация изображения задаётся в настройках:

Без нагрузки потребление меньше двух ватт:

RK6006 это понижающий преобразователь, поэтому напряжение на его выходе не может быть больше входного. В данном случае, максимальное напряжение, которое можно получить без просадок под нагрузкой — 44 вольта.
Удобно, что в настройках можно ограничить выходную мощность, чтобы не перегружать первичный блок питания.
На холостом ходу и малых нагрузках работает абсолютно бесшумно, вентилятор включается только при большой нагрузке, условие его запуска — температура платы преобразователя больше 65° или ток больше 5 ампер. Шум вентилятора, субъективно, негромкий; осциллограф Rigol шумит сильнее, ну а на фоне шума электронной нагрузки его вообще не слышно. В этом плане родной корпус с БП от Ruideng явно проигрывает, встречал много отзывов с жалобами на шумный вентилятор и писк на холостом ходу; даже в описании есть предупреждение:

Проверим эффективность охлаждения при работе с максимальной нагрузкой, для этого задаём на выходе 30 В и нагружаем током 6 А; при этом потребление от сети составляет 206 ватт. Общий КПД блока питания и преобразователя в таком режиме около 87%, по-моему отлично. 
Через полчаса работы при такой нагрузке термодатчик на плате RK6006 показывает 52°:

Термофото со снятой крышкой:

Как видно, в корпусе с обдувом компоненты блока питания нагреваются заметно слабее, чем в тестах на открытом воздухе. Температура платы преобразователя также в пределах нормы, самая горячая деталь это резистор токоизмерительного шунта, который разогревается до 100° (на фото не попал).

На всякий случай, проверил работу и в условиях, когда вентилятор ещё не включается, но выходная мощность достаточно велика. На выходе 40 вольт 2,5 ампера (выходная мощность 100 ватт, потребляемая 112 Вт, общий КПД 89%), термофото сделано через полчаса работы. Расположение нагревающихся элементов можно увидеть даже через корпус:

В соответствии с ГОСТ IEC 62368-1 температура корпуса позволяет пользоваться устройством людям без специальной подготовки и средств защиты ;)

Со снятой крышкой:

Греется конечно, но в пределах допустимого.

Пульсации и шум, щуп подключен напрямую к выходным клеммам:

На выходе 5 вольт:

И 24 вольта:

На малых токах размах 10-20 милливольт от пика до пика, при полной нагрузке 20-30 мВ, на мой взгляд, очень даже неплохо.

В итоге, результат меня полностью устраивает. В дальнейшем планирую добавить платку PD-триггера с USB-C разъёмом, для того чтобы была возможность запитать преобразователь от павербанка; даже предусмотрел для этого место на задней панели, но пока не придумал, как её надёжно закрепить.

Ну и выводы по блоку питания, если кратко, то это отличный вариант для неответственных задач, к покупке рекомендую. Основные плюсы: 

1. Хорошее качество изготовления
2. Высокий КПД
3. Низкий уровень шума и пульсаций
4. Выдает заявленную мощность без перегрева

Когда заказывал, был настроен скорее скептически, потому что до этого в мои руки уже попадали подобные БП на 36 и 24 вольта, и оба были с косяками: 36 В 5 А перегревался уже при 3-4 амперах, на небольших нагрузках появлялись пульсации 600 герц с амплитудой в пару вольт; в плате 24 В был неправильно впаян диод RCD-снаббера, и БП издавал шипящий звук под нагрузкой. Но этот блок питания по итогу тестов смог приятно удивить. Да, при желании можно придраться к дешевым конденсаторам, к диодам без запаса по напряжению, к немного завышенной максимальной мощности; здесь нет сложных фильтров по питанию, схемотехнических наворотов или продвинутых защит, которые мы обычно видим в брендовых БП. Но и стоит блок недорого, и все эти недостатки вполне можно простить. 

Конечно, главный минус подобных бюджетных блоков питания это определённая лотерея при покупке; их выпускают разные производители, конструкция может меняться от партии к партии, и купив БП в другое время или в другом магазине вы можете получить совсем другое качество. Ну и брак встречается достаточно часто; в магазине, где покупал, можно увидеть немало отрицательных отзывов на другие версии этих БП.

На этом у меня всё, надеюсь было полезно. Если о чём-то забыл написать, или что-то осталось непонятным, задавайте ваши вопросы в комментариях, постараюсь ответить.