РадиоЛоцман - Все об электронике

Тестирование и модернизация импульсного лабораторного источника питания. Часть 1

QW-MS603D

Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2019

Михаил Гурович, США

В данной статье описываются результаты тестирования, и модернизации нескольких лабораторных источников питания китайского производства типа QW-MS605D, приобретенных автором на eBay.com для одного из проектов

В последнее время на рынке появилось большое количество импульсных лабораторных источников питания (ЛИП), сделанных в Китае и продающихся по очень умеренным ценам. Такие ЛИП стали очень популярными среди радиолюбителей именно из-за своей доступности.

Автор приобрел четыре таких источника для своей лаборатории и перед началом их использования в проекте решил вскрыть один из них, чтобы посмотреть, как они собраны, и, испытав каждый из ЛИП с использованием тестовой нагрузки и осциллографа, выяснить, каковы же на самом деле выходные параметры этих источников.

Вид на источник питания спереди.
Рисунок 1. Вид на источник питания спереди.

Зная о популярности подобных источников среди радиолюбителей, автор решил поделиться своими впечатлениями, опытом и результатами тестирования в данной статье.

Вид на источник питания сзади .
Рисунок 2. Вид на источник питания сзади .

Итак, встречаем по одежке… Внешний вид этого ЛИП показан на Рисунке 1 (вид спереди), Рисунке 2 (вид сзади) и Рисунке 3 (вид индикаторов включенного ЛИП).

Включенный дисплей.
Рисунок 3. Включенный дисплей.

ЛИП выглядит достаточно хорошо, имеет отдельные цифровые индикаторы выходных тока и напряжения, отдельную точную и грубую регулировку выходного напряжения и уровня ограничения выходного тока. В нижней части передней панели находятся выходные клеммы – положительная, отрицательная и корпус. С завода источник поступает с отрицательной клеммой, соединенной с корпусом (с использованием специальной перемычки), но при необходимости к корпусу можно подключить и положительную клемму или оставить оба выхода плавающими (незаземленными).

Размеры ЛИП: ширина 125 мм, высота 170 мм, глубина (при отключенном кабеле питания) 280 мм. Сверху есть ручка для переноски. Вес прибора чуть меньше 2 кг. Для сравнения, у автора в лаборатории имеется старый линейный ЛИП типа Protek 3003B с близкими выходными параметрами и практически такими же габаритами, при этом его вес составляет 6 кг.

Вид на открытый источник слева.
Рисунок 4. Вид на открытый источник слева.

Теперь откроем крышку и заглянем внутрь. Первое, что было замечено – низкое качество винтов. Головка винта сделана отвратительно и отвертка с трудом вращала винт. Забегая вперед скажу, что винты при сборке были заменены на более качественные и удобные в работе. Вид источника без крышки показан на Рисунках 4, 5 и 6.

Вид на открытый источник справа.
Рисунок 5. Вид на открытый источник справа.
 
Вид на открытый источник сверху.
Рисунок 6. Вид на открытый источник сверху.

Конструкция достаточно стандартная: шасси, основная плата и плата лицевой панели. На шасси сзади находится разъем для силового кабеля со встроенным предохранителем и вентилятор.

Провода разъема питания.
Рисунок 7. Провода разъема питания.

Следующее, что бросилось в глаза – это низкое качество пайки и подготовки проводов питания, идущих от разъема на задней панели до выключателя питания на лицевой стороне. При удалении изоляции у этих проводов была повреждена медная жила и пайка выполнена без применения флюса. Кроме того, на провода не надета изоляция. Это показано на Рисунках 7 и 8. Еще раз, забегая вперед, скажу, что для модификации этот ЛИП был разобран, и данные провода были отпаяны, а при сборке все соединения были восстановлены с использованием флюса и заизолированы термоусаживаемой трубкой.

Провода разъема питания.
Рисунок 8. Провода выключателя питания.

На Рисунках 9 и 10 показаны технические данные источника от производителя – они будут нужны для сравнения с результатами наших измерений. Особое внимание стоит обратить на последнюю строчку в пункте 2.2: величина пульсаций и шума на выходе не более 10 мВ в режиме стабилизации напряжения.

Данные источника, заявленные производителем.
Рисунок 9. Данные источника, заявленные производителем.
 
Данные источника, заявленные производителем ( продолжение).
Рисунок 10. Данные источника, заявленные производителем ( продолжение).

Теперь включим ЛИП и посмотрим, что он выдает на выходные клеммы.

Для тестирования автор использовал следующие приборы:

  • Осциллограф RIGOL DS-1054;
  • Тестовую нагрузку собственного изготовления сопротивлением 13 Ом и максимальной мощностью 1200 Вт;
  • Клещи постоянного тока (КПТ) Hantek CC-65.

Пояснение ко всем снимкам экрана осциллографа:

  • Канал №1 – Желтый цвет показывает полное выходное напряжение ЛИП;
  • Канал №2 – Голубой цвет показывает только переменную составляющую выходного напряжения;
  • Канал №3 – Лиловый цвет показывает выход КПТ с масштабом 1 В = 1 А.

В нижней части экрана осциллографа включен режим автоматического измерения и статистика результатов:

  • Желтый канал – RMS (действующее значения напряжения).
  • Голубой канал – Vpp (пиковое значение напряжения) и RMS,
  • Лиловый канал – RMS.

Масштаб и усиление каждого из каналов видны на рисунках.

Сначала был протестирован выход в режиме холостого хода (ХХ).

Напряжение на выходе в режиме ХХ. Регулятор выхода установлен на минимум.
Рисунок 11. Напряжение на выходе в режиме ХХ. Регулятор выхода установлен на минимум.
 
Напряжение на выходе в режиме ХХ. Регулятор выхода установлен на максимум.
Рисунок 12. Напряжение на выходе в режиме ХХ. Регулятор выхода установлен на максимум.

Выходные напряжения показаны на Рисунке 11 (регулятор выходного напряжение установлен на минимум) и на Рисунке 12 (регулятор выходного напряжение установлен на максимум).

Напряжение на выходе при подключенной нагрузке. Регулятор выхода установлен на минимум.
Рисунок 13. Напряжение на выходе при подключенной нагрузке. Регулятор выхода
установлен на минимум.

Теперь подключаем нагрузку к выходу ЛИП и повторяем измерения (Рисунки 13 и 14).

Напряжение на выходе при подключенной нагрузке. Регулятор выхода установлен на максимум.
Рисунок 14. Напряжение на выходе при подключенной нагрузке. Регулятор выхода
установлен на максимум.

Видно, что уровень высокочастотных пульсаций просто огромен и достигает 0.8 – 1.2 В пик-пик в режиме ХХ, и становится еще больше под нагрузкой, достигая 0.95 – 1.7 В пик-пик.

После некоторых размышлений и визуального анализа основной платы автор решил заменить несколько старых компонентов и добавить несколько новых. Данные всех новых компонентов приведены в конце статьи.

Окончание

На английском языке: Testing and Modernization of Adjustable Lab DC Bench Power Supply (BPS) 0-60 V / 0-5 A. Part 1

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Да, для лабораторного источника в районе 100$ совсем плохо. Сплошное огорчение. Но с другой стороны, 60В и 300Вт всего за 100$ или меньше, плюс возможность заняться хакингом и попаять - даже плюс. Даёшь "Fresh Hacks Every Day!" К вопросу 60-вольтовых источников. Мне хватает давно приобретённого ATTEN APS3003S-3D, два канала по 30В. В последовательном включении аккурат 60В. Но 60В не так уж часто нужны.
  • подождем часть 2 ... мож тамо будет полная принципалка и по ГОСТу ??? Чем черт не шутит?
  • Странно, почему автор предпринял усилия по замене и добавлению недостающих деталей и при этом не сделал очевидного, экранировать трансформатор преобразователя? Соглашусь с [b]antonydublin[/b], есть над чем поработать понимающему любителю.
  • Импульсные БП сильно "загрязняют" не только объект питания, но и окружающее пространство, это общеизвестно. Где-то это можно игнорировать, а где-то неприемлемо. Я вот попробовал питать мультиметр MY62N от 9 В БП для роутера, за неимением Кроны. Всё показывает правильно, кроме ёмкостей на пределах менее 200 нф. Там просто "пляшет" всякая "цифирь" независимо от наличия измеряемого конденсатора. Вскрытие показало просто "шторм" всевозможных частот не только на выводах питания МС, но и "в воздухе" около платы. А ёмкость это чудо китайского "ширпотрёпа" меряет так. Встроенный генератор 100 Гц через измеряемую ёмкость передаёт на масштабируемый усилитель и потом на универсальный детектор. Так вот, через нано/пико фарады 100 Гц "протискиваются" в таком ничтожном количестве, что их осцилл-ф почти не улавливает, зато "грязь" пролазит, ведь её не 100, а много больше Герц! Когда запитал от батареи из 6 элементов ААА - стало нормально. Вывод: китайские (перделки) поделки стоит дорабатывать.
  • При всём уважении, тут ничего удивительного. Плата Вашего мультиметра вовсе не пестрит конденсаторами по питанию, там сиротливый тантал и экономный электролит. И их явно недостаточно в расчёте на импульсный БП. К тому же, любой "аналоговый тракт" в измерительном приборе, а там наверняка есть операционники, требует хороших фильтров по питанию. Всего этого в мультиметре нет из расчёта на автономное питание от батареи (не имеющей связи с сетью). При чём нужно сказать, что приблизительно такой же результат Вы получили бы, если бы БП роутера был трансформаторным. От паразитной емкости трансформатора, ВЧ или сетевого, не избавиться. И вот ни задача - осциллограф Ваш тоже наверняка не от аккумулятора питается, а от той же сети. И получается, что при попытке измерить уровень помехи, которая лезит по питанию в цепи прибора, Вы проводите измерения приборами, запитанными от одной розетки, грубо говоря. А в большинстве импульсных источников питания, кроме паразитных емкостей, есть ещё и сильно порой досаждающий помехоподавляющий конденсатор параллельно трансформатору, соединяющий первичную и вторичную цепи (условно земли выхода и входа). Не считая прочих емкостей, на корпус и паразитных. Это я к тому, что правильно замерять какая именно "грязь" и откуда "протискивается" - тоже наука. Опять же возвращаясь к примеру, запитав мультиметр от сети и измеряя емкость, Вы наверняка использовали штатные щупы мультиметра, неэкранированные, что значит наводка. Держали их в руках вероятно, да и просто на столе емкостные связи образуются по 10-100 пФ. Не знаю как устроен этот мультиметр, но если там усилитель заряда на ОУ или емкость в контуре генератора, результат будет именно таким: Действительно, в этом с случае наличие конденсатора необязательно. А "шторм всевозможных частот в воздухе" - это просто "не в бровь, а в глаз" заметил us90. Очень точно и лаконично. Я извиняюсь за столь длинный пост. Но грамотно построить помехозащиту в измерительной системе не так просто. Не зря питанию и развязкам уделяется внимание в первую очередь. Сегодня борешься с наводками на входе усилителя тензодатчика и понимаешь, что (о ужас!) заземление не помогает, завтра нужно сделать измеритель емкостей порядка сотен пФ. И везде свои заморочки. А блоки питания, что описал автор статьи, конечно так себе. Но где же лучше взять за эти деньги. САТИР прав безусловно на счёт экрана для трансформаторов. Но автор ничего не сказал о топологии преобразователей и устройстве обмоток трансформаторов, к сожалению. Имея такой осциллограф, хотя бы тыкнулся щупами в ключевые точки. А менять конденсаторы - тут "мы и сами с усами".
  • "Всё это правильно, всё это так, да" - говорил товарищ Саахов (да будет ему на Том Свете такой же высокий пост!). И вот что совсем уж ужасное я заметил. У меня нет доступа к калибровочным измерительным приборам, но в БПК нашел резистор 100 Ом 0,1% и миллиамперметр 25 мА 0,5%. С их помощью откалибровал показания ("шкалы") сопротивлений, постоянных токов и напряжений. С переменными загвоздка. Тогда я решил так. Взять с трансформатора, например, 100 В, через диод на электролитик замерить уже точно постоянное и по формуле разделив на корень квадратный из 2 получить действующее напр. переменки. Правда, там будет падение на диоде около 0,6 В из-за нагрузки вольтметром и утечки конд. , но "прынцып"-то верный? Поправьте, если что не так. А теперь самое ужасное. Оказалось при измерениях, что названное соотношение не 1,42..., а 1,33...Посмотрел осцилл-м - о ужасть! вместо синусоиды похожая кривулина с обрезаными примерно на 1/8...1/9 "верхушками" снизу и сверху, словно её ограничили двусторонним стабилизатором. Перекидывал щуп с транса на конд.: постоянное точно равно той обрезаной полочке (надеюсь, поняли смысл писанины). Вот откуда 1,33. Теперь хочу взять переменку с хорошего ЗГ и проделать то же.
  • Ну у Вас и заморочки. 0,5% для 50Гц в принципе достижимо таким путём, если равняться на прибор. А на счёт корня из 2х - может синус в розетке не совсем синус. Тогда интеграл за период будет немного отличаться. А вот что у Вас режет верхушку - конечно вопрос. С прецизионными приборами у всех собственно швах. Я храню несколько зеркальных стрелочников размером с ... в общем больших. Старорежимных, времён покорения атома :-) И поновее В3-48А, В3-38, ГС-210 мкА и ещё пару аналогичных. Но это 2-3% до 10-50 МГц. Для высоких частот с приборами, доступными радиолюбителю, вообще завал. В этом плане всегда мониторю барахолку. Никогда не знаешь, что и когда пригодится.
  • привет всем . спасибо за внимание к статье часть 2 уже вышла. принципиальной схемы там нет так как это не ставилось как задача . еще раз спасибо
  • добрый день всем . спасибо за внимание к статье цель данного проекта была улучшить ситуацию насколько это возможно быстрым способом , а цель статьи - описать этот опыт. конечно можно было предпринять еще ряд шагов , в том числе и экранирование , но это уже выходило за рамки проекта . еще раз спасибо
  • добрый день всем и спасибо за внимание к статье. вы правы - 60в не так часто используемое напряжение. но в данном случае мне для проекта нужны были источники с вых током в 5 А. поэтому и было приобретено 4 таких БП по цене 60 долл за штуку . кстати , у меня есть пара 30в модулей которые я тоже модифицировал . там примерно такая же картина . тут , как пишут в одессе в трамваях - шоб вы так доехали как вы заплатили еще раз спасибо .
  • Касаемо экранировки импульсных трансформаторов. Наверное, каждому приходилось ремонтировать советские телевизоры серии 3УСЦТ и их ИБП. В них имп. трансф. "экранирован" медной полоской, закрывающей обмотку вместе с частью сердечника, этакий коротко- замкнутый виток, и этого было достаточно, не было помех на ВЧ и НЧ узлы телевизора. Ведь магнитное поле рассеяния тран-ра быстро убывает с расстоянием. Это только у Прокопенки "Планета Фаэтон взорвалась, а её ядро было притянуто магнитным полем Земли и стало Луной". Всякая ВЧ грязь выползает из ИБП по "волноводам" , т.е вторичным проводам. Я думаю, что ТС не помешало бы в каждый провод "врезать" правильно рассчитанный дросселёк, а то и 2...3 на разные частоты. Вывод: чтобы изделие хорошо работало, нужно умной головой правильно рассчитать, а потом сделать руками, растущими из нужного места.
Полный вариант обсуждения »