Устройство и эксплуатация импульсного источника питания фирмы MEAN WELL

Поделимся своим опытом по эксплуатации импульсного источника питания (ИП) типа S-350-13.5V. В работе он более трех лет совместно с трансивером YAESU FT-950. Надеемся, что статья будет полезна всем, кто применяет подобные и иные источники питания фирмы MEAN WELL.

Источники питания производства фирмы MEAN WELL очень популярны. Объясняется это, прежде всего, высоким качеством и действительно низкими ценами (средняя цена источников питания в открытом исполнении 0,3 USD / Вт). Ничего лучшего за такие деньги мы не встречали.

Удивляет отсутствие необходимой информации и схем по импульсным источникам питания фирмы Mean Well как в литературе, так и в Интернете.

Источник питания S-350-13.5V — это AC/DC-преобразователь мощностью 350 Вт в корпусе для монтажа на шасси.

Основные технические характеристики ИП:

1. Мощность — 350 Вт.
2. Количество выходов — 1.
3. Выходное напряжение — 13,5 В.
4. Максимальный выходной ток — 25,8 А.
5. Механическая подстройка выходного напряжения — ±10%.
6. КПД-79%.
7. Размах пульсаций — не более 150 мВ.
8. Электрическая прочность изоляции: вход-выход и вход-земля — 1500 ВАС.
9. Встроенный вентилятор.
10. Комплекс защит от короткого замыкания, перегрузки, перенапряжения, перегрева.
11. Ограничение пускового тока, мягкий старт.
12. Габариты — 215x115x50 мм.
13. Масса — 1,07 кг.
14. Диапазон рабочих температур — -10.. .+60°С (со снижением мощности при температуре выше 50°С).

Источник работает от однофазной питающей сети. При этом необходимое значение входного напряжения выбирается с помощью специального переключателя. Входное напряжение АС переключается: 90… 132 или 180…264 В (номинальное — 230 В).

Если входное напряжение выходит за указанные пределы, то ИП может выйти из строя. Обычно номинал входного напряжения написан на корпусе или на видном месте одного из компонентов (при открытой конструкции).

Необходимо помнить, что если форма переменного входного напряжения в питающей сети не соответствует нормальной синусоиде, источник питания может работать неправильно.

Структура ИП

Структурная схема импульсного ИП S-350-13.5\/ показана на рис.1.

Основная задача ИП сводится к получению безопасного стабильного постоянного напряжения для питания аппаратуры. Они должны защитить как аппаратуру, так и пользователей от воздействия высокого напряжения. Поэтому они должны соответствовать определенным требованиям безопасности.

При неправильной работе ИП иногда возникает электрический пробой. В этом случае на выходе ИП будет высокое напряжение, возникшее внутри ИП или проникшее со стороны входных цепей, которое может превысить номинальное выходное напряжение в несколько раз. Это опасно для жизни, при этом повреждаются устройства, запитанные от ИП.

Механизм повреждения полупроводниковых приборов, если у ИП нет заземления

Механизм таков: на антенне и на подключенных к ней устройствах накапливается статический заряд, когда он достигает нескольких десятков или сотен киловольт, то этот заряд находит наиболее слабое место, где можно разрядиться на провода сети. Слабое место находится в ИП. Довольно большая емкость, накопившая заряд, мгновенно разряжается, при этом импульс тока достигает десятков, а то и сотен ампер, на проводниках платы появляются импульсы напряжения, выводящие из строя полупроводники, микросхемы. Замкнутая антенна, не соединенная с землей, представляет собой конденсатор достаточной емкости и накапливает заряд, который при разряде легко выводит из строя различные устройства.

Если корпус источника, который изолирован от выходных клемм, заземлить, то обязательно следует произвести эту процедуру и с корпусом трансивера, иначе будут происходить описанные выше неприятности. Это еще полбеды, хуже, когда трансивер выйдет из строя  — примеров этого более чем достаточно. Поэтому при установке ИП убедитесь, что корпус ИП надежно и правильно заземлен.

Схема ИП

Принципиальная схема ИП S-350-13.5\/ показана на рис.2.

ИП имеет на входе фильтр импульсных помех LF1, С1-С4, выпрямитель DВ1, сглаживающий фильтр С5, С6, а далее — стандартный DC/DC-кон-вертор. Величина и форма входного тока определяется зарядными емкостями, выходной нагрузкой, КПД источника и корректором мощности. Типовой коэффициент мощности (соsφ) для импульсных ИП без корректора мощности составляет 0,4…0,6. В данном ИП он выше благодаря использованию корректора мощности.

Основы ИП — это ИМС U1 двухтактного ШИМ контроллера типа ТL494СN. Ее функциональная схема показана на рис.3.

Пусковой ток ИП возникает при включении ИП в сеть, когда происходит зарядка входных емкостей сглаживающих фильтров и проходит переходной процесс включения силовых ключей. Ток имеет форму выброса, в десятки раз превышающего рабочий входной ток ИП.

Величина пускового тока зависит от времени переходного процесса включения, от нагрузки и от того, присутствует или отсутствует схема ограничения входного тока в источнике питания. Схема ограничения пускового тока выполнена на термисторах RТН1 и RТН2 типа SСК2R58 с отрицательным температурным коэффициентом, включенных последовательно с выходом мостового выпрямителя ВD1.

Рассматриваемый ИП имеет достаточно высокую степень защищенности и редко выходят из строя при соблюдении правил эксплуатации.

Ограничение выходного тока

Для источников питания паспортная мощность является величиной постоянной, поэтому при подстройке выходного напряжения в обратной зависимости изменяется и максимальный выходной ток. Использовать режим работы ИП, когда постоянная расчетная нагрузка соответствует максимальной паспортной мощности, не рекомендуется.

ИП S-350-13.5V снабжены цепями защиты, которые отключают ИП при превышении мощности и/или превышении выходного тока на 10…25%.

Имеется интересная зависимость между крайними точками диапазона подстройки выходного напряжения и выходной мощностью, при которой срабатывает защита. Диапазон регулировки выходного напряжения составляет ±10%. Следовательно, если при максимальном выходном напряжении ИП выдает паспортную мощность, то при минимальном значении выходного напряжения защита по току может отключить источник при меньшей выходной мощности, чем паспортная. Это необходимо учитывать при подборе ИП и расчете максимальной нагрузки.

Ограничение выходного тока происходит по его постоянной составляющей, то есть ограничивается максимальное усредненное значение выходного тока. Функция понижает выходное напряжение, стабилизирует выходной ток и позволяет сохранить работоспособность ИП.

Выключение источника обратной связью по току вызывает полное выключение выходного напряжения. Это отключение происходит в два этапа:

• сначала выходное напряжение понижается на некоторое значение (приблизительно на 15…25%);
• потом, примерно через минуту, если выходной ток не нормализуется, происходит полное отключение ИП.

Если произошло полное отключение ИП, то перед повторным включением ИП необходимо убедиться, что условия перегрузки, вызвавшие отключение, устранены. Необходимо помнить, что условия перезапуска требуют выдержать паузу несколько секунд между включением и выключением ИП.

Термозащита

ИП имеет схему защиты от температурных перегрузок, включая активное охлаждение. Однако при нарушении температурного режима источники отключаются.

Эта схема (датчиком служит RТНЗ типа ТТС502) отключает выход ИП, когда температура внутри его корпуса выше допустимой. Перегрев источников вызывается обычно перегрузкой по току или мощности, или при выходе из строя вентилятора охлаждения. Возврат ИП к нормальной работе происходит при нормализации температуры, в том числе благодаря включению вентилятора.

Установка ИП

При установке ИП убедитесь, что ИП правильно вентилируется. Установите источник питания в правильное положение. Внизу корпуса ИП есть резьба под ножки.

Необходимо проверять длину крепежных винтов — она должна соответствовать спецификациям. В противном случае, возможны повреждения внутренних цепей ИП или аварийные замыкания.

Импульсный ИП подключается к сети и к нагрузке соответствующими клеммными соединениями с помощью винтов, без пайки.

Размещение входных и выходных цепей ИП с разных сторон корпуса обуславливает снижение электромагнитной связи между входом и выходом, а также повышение прочности гальванической изоляции между ними. При этом дополнительно снижается уровень шумов на выходе.

Сетевой провод ИП должен быть как можно короче. Нужно правильно подключить к сети 220 В / 50 Гц выводы N (ноль) и L (фаза). Заземление надо подключить к клемме с соответствующим значком.

При этом заземление ИП производится посредством соединения как можно более коротким и толстым проводом. Это соединение влияет на безопасность и шумовые характеристики ИП.

Уменьшения уровня шумов

Как известно, уровень шумов ИП определяется как максимальное значение напряжения полного размаха шумов (пик-пик) в диапазоне частот от О до 20 мГц. Источники питания фирмы MEAN WELL, как правило, имеют на выходе уровень шумов (Ripple & Noise) в диапазоне от 75 до 200 мВ. Для большинства случаев это достаточно низкий показатель. Однако иногда возникает необходимость дополнительно снизить уровень шумов. Снижение пульсаций и шумов на выходе ИП достигается с помощью внешних импульсных фильтров (рис.4).

Импульсные фильтры MEAN WELL поставляет дополнительно. Приводим данные элементов фильтров:

• конденсаторы С1 и С5 — 47… 100 мкФ;
• конденсаторы С2, С4 и СЗ, С6 — 0,01…0,1 мкФ;
• индуктивность L1 — 0,5…5 мкГн.

К сожалению, в рассматриваемом ИП не предусмотрены необходимые меры по фильтрации ВЧ помех по выходным цепям. Эффективность выходных электролитических конденсаторов ИП на частоте работы прибора (около 25 кГц) очень мала.

Проверенное решение — это установка прямо на ножки выходных конденсаторов ИП (С35, С36 и С38) керамических SMD конденсаторов — два по 10 мкФ и два по 0,1 мкФ. Помехи как рукой снимает.

Наш ИП с прогревом давал наводку на DSP трансивера в режиме LSB. Пришлось немного увеличить частоту ШИМа, подобрав резистор R19 22 кОм, который подключен к выводу 6 ИМС U1 TL494. Достаточно параллельно ему включить резистор номиналом 100…220 кОм.

Доработка ИП

Сразу после приобретения есть смысл установить кнопку вкл./выкл.  на стенке корпуса.

Очень удобно наличие 3-х выходных клемм: плюс (+) и минус (-). Благодаря этому можно подключать к ИП 3 устройства одновременно.

Из ИП удалили переключатель входного напряжения ~110/220 В. Было несколько случаев ошибочного его переключения на 110 В. При этом выходил из строя электролитический конденсатор С6, и приходилось его заменять.

Алюминиевый корпус ИП является радиатором. При работе ИП корпус греется, но осенью, зимой и весной до включения вентилятора дело, как правило, не доходит. Летом вентилятор почти всегда в работе.

Перемычку J1-3 в ИП нужно рассматривать как датчик тока, т.е. как резистор. На нем отслеживается ток нагрузки. Можно вывести пару проводов от шунта J1-3 (он выполнен в виде четырех U-образных перемычек), к ним можно подключить микроамперметр, чтобы контролировать ток потребления от ИП.

Рассматриваемый ИП дает небольшую сетку помех по приему на НЧ диапазонах трансивера.

При близко расположенных антеннах от трансивера и ИП слышны помехи в виде «рычащих» столбов с шагом 27…30 кГц, медленно перемещающихся по диапазону. Хорошее и короткое заземление блока питания, плюс дополнительный фильтр снижает уровень помехи от S-350-13.5\/ на несколько баллов на диапазонах 160 м, 80 м и 40 м.

При использовании антенн, находящихся на значительном расстоянии от трансивера и запитанных коаксиальным кабелем, помехи от ИП практически не слышны.

Ремонт ИП

Если импульсный ИП S-350-13.5\/ вышел из строя, предлагается следующая последовательность диагностики неисправности:

1. Включить без нагрузки ИП в питающую сеть последовательно с лампой 60…100 Вт / 220 В.
2. Измерить напряжение между (+) конденсатора С5 и (-) конденсатора С6 — должно быть примерно 310 В.
3. Измерить напряжение между выводом 14 ИМС U1 и GND — должно быть +5 В.
4. Нагрузить ИП током примерно 1 А (на мощный резистор номиналом 10…15 Ом) и снова измерить напряжение С5-С6, как описано в п.2. Если напряжение существенно уменьшилось — проверяем сетевой выпрямитель и конденсаторы С5 и С6.
5. Выпаять диод D19 или резистор R45, тем самым выключив защиту от повышенного выходного напряжения и температуры. Нагрузку включаем, как в пункте 4. Если работа восстановилась, то проверяем и при необходимости заменяем U2, Q6 и ZD1.
6. Проверяем D13. Измеряем напряжение на выводе 12 ИМС U1 — должно быть 18…24 В.
7. Проверяем транзисторы Q3, Q4 — возможно работает только одно плечо преобразователя.
8. Проверяем транзисторы Q1 и Q2 и все компоненты в их окружении. Обычно в этом узле даже резисторы отказывают без видимых внешних дефектов, но при этом они неисправны.

При ремонте операционный усилитель U2 типа НА17358 можно заменить LM358 или КА358, а диодную сборку ВD1 типа D10ХВ60 можно заменить BYV72EW.

Автор:   Леонид Вербицкий (UR5LAK), Максим Вербицкий (US4LP), г. Балаклея, Харьковской обл.

Источник: Радиоаматор №4,  2015