500 Ватт импульсный блок питания для аудиоусилителей

Многие знают как я люблю разбираться с разными блоками питания. В этот раз у меня на столе несколько необычный блок питания, по крайней мере такой я еще не тестировал. Да и по большому счету вообще не встречал ранее обзоров блоков питания подобной разновидности, хотя вещь по своему интересная и я раньше делал подобные блоки питания сам.
Заказать я его решил из чистого любопытства, решил что может быть полезным. Впрочем подробнее в обзоре.
  
Начну со списка заявленных технических характеристик:
Напряжение питания - 200-240 Вольт
Выходная мощность - 500 Ватт
Выходные напряжения:
Основное - +/-35 Вольт
Вспомогательное 1 - +/- 15 Вольт 1 Ампер
Вспомогательное 2 - 12 Вольт 0.5 Ампера , гальванически отвязано от остальных.
Размеры - 133 x 100 x 42 мм

Каналы +/- 15 и 12 Вольт имеют стабилизацию, основное напряжение +/-35 Вольт не стабилизировано. Здесь я наверное выскажу свое мнение.
Меня часто спрашивают, какой блок питания купить для одного либо другого усилителя. На что я обычно отвечаю - проще собрать самому на базе известных драйверов IR2153 и их аналогов. Первый же вопрос, который следует после этого - так у них же нет стабилизации напряжения.
Да, лично на мой взгляд - стабилизация напряжения питания УМЗЧ не только не нужна, а иногда и вредна. Дело в том, что стабилизированный БП обычно больше шумит на ВЧ и кроме того, могут быть проблемы с цепями стабилизации, потому как усилитель мощности потребляет энергию не равномерно, а всплесками. Мы же слушаем музыку, а не одну частоту.
БП без стабилизации обычно имеет немного выше КПД, так как трансформатор всегда работает в оптимальном режиме, не имеет обратной связи и потому больше похож на обычный трансформатор, но с меньшим активным сопротивлением обмоток.

Вот собственно перед нами и пример БП для усилителей мощности.

Упаковка мягкая, но замотали так, что вряд ли получится его повредить в процессе доставки, хотя противостояние почты и продавцов наверное будет вечным.   
Внешне выглядит красиво, особо и не придерешься.    
Размер относительно компактный, особенно если сравнивать с обычным трансформатором соответствующей мощности.   
Более понятные размеры есть на странице товара в магазине.   

1. На входе блока питания установлен разъем, что оказалось довольно удобным.
2. Присутствует предохранитель и полноценный входной фильтр. Вот только про термистор, защищающий от бросков тока как сеть, так и диодный мост с конденсаторами, забыли, это плохо. Также в районе входного фильтра расположены контактные площадки, которые надо замкнуть для перевода БП на напряжение 110-115 Вольт. Перед первым включением лучше проверить, не замкнуты ли площадки если у вас в сети 220-230.
3. Диодный мост KBU810, все бы ничего, но он без радиатора, а при 500 Ватт он уже желателен.
4. Входные фильтрующие конденсаторы имеют заявленную емкость 470 мкФ, реальная около 460 мкФ. Так как они включены последовательно, то общая емкость входного фильтра составляет 230мкФ, маловато для выходной мощности в 500 Ватт. Кстати плата предполагает установку и одного конденсатора. Но в любом случае поднимать емкость без установки термистора я бы не советовал. Причем справа от предохранителя есть даже место для термистора, надо только впаять его и перерезать под ним дорожку.  

 В инверторе применены транзисторы IRF740, хоть и далеко не новые транзисторы, но раньше я их также широко применял в подобных применениях. Как альтернатива, IRF830.
Транзисторы установлены на отдельных радиаторах, сделано это отчасти не просто так. Радиаторы соединены с корпусом транзистора, причем не только в месте крепления самого транзистора, а и монтажные выводы радиатора соединены на самой плате. На мой взгляд плохое решение, так как будет лишнее излучение в эфир на частоте преобразования, по крайней мере нижний транзистор инвертора (на фото он дальний) я бы отвязал от радиатора, а радиатор от схемы.

Управляет транзисторами неизвестный модуль, но судя по наличию резистора питания, да и просто моему опыту, думаю что не сильно ошибусь, если скажу что внутри стоит банальная IR2153. правда зачем делать такой модуль, для меня осталось загадкой.   

Инвертор собран по полумостовой схеме, но в качестве средней точки используется не точка соединения фильтрующих электролитических конденсаторов, а два пленочных конденсатора емкостью 1мкФ (на фото два параллельно трансформатору), а первичная обмотка подключена через третий конденсатор, также емкостью 1мкФ (на фото перпендикулярно трансформатору).
Решение известное и по своему удобное, так как позволяет весьма просто не только увеличить емкость входного фильтрующего конденсатора, а и применить один на 400 Вольт, что может быть полезным при апгрейде.   
Габарит трансформатора весьма скромный для заявленной мощности в 500 Ватт. Я конечно протестирую еще его под нагрузкой, но уже могу сказать, что на мой взгляд его реальная длительная мощность на более 300-350 Ватт.

На странице магазина, в перечне ключевых особенностей, было указано -

3. Transformers 0.1 mm * 100 multi-strand oxygen-free enameled wire, heat is very low, efficiency is more than 90%.

Что в переводе означает - в трансформаторе использована обмотка из 100 штук бескислородных проводов диаметром 0.1мм, уменьшен нагрев и КПД выше 90%.
Ну КПД я проверю потом, а вот насчет того, что обмотка многопроволочная, факт. Я конечно их не пересчитывал, но жгут довольно неплохой и данный вариант намотки действительно положительно сказывается на качестве работы трансформатора в частности и всего БП в целом.   
Не забыли и про конденсатор, соединяющий "горячую" и "холодную" сторону БП, причем поставили его правильного (Y1) типа.   
В выходном выпрямителе основных каналов применены диодные сборки MUR1620CTR и MUR1620CT (16 Ампер 200 Вольт), причем производитель не стал колхозить "гибридные" варианты, а поставил как положено, две комплементарные сборки, одна с общим катодом, а другая с общим анодом. Обе сборки установлены на отдельных радиаторах и также как в случае с транзисторами, они не изолированы от компонентов. Но в данном случае проблема может быть только в плане электробезопасности, хотя если корпус закрыт, то ничего страшного в этом нет.
В выходном фильтре задействовано по паре конденсаторов 1000мкФ х 50 Вольт, что на мой взгляд маловато.   
Кроме того, для уменьшения пульсаций между конденсаторами установлен дроссель, а конденсаторы, стоящие после него, дополнительно зашунтированы керамическим 100 нФ.
Вообще на странице товара было написано -

1. All high-frequency low-impedance electrolytic capacitors specifications, low ripple.

В переводе - все конденсаторы имеют низкий импеданс для уменьшения пульсаций. В общем-то так то оно и есть, применены Cheng-X, но это по сути просто немного улучшенный вариант обычных китайских конденсаторов и я бы лучше поставил мою любимую Samwha RD или Capxon KF.

Параллельно конденсаторам нет разрядных резисторов, хотя место на плате для них имеется, потому вас могут ждать "сюрпризы", так как заряд держится довольно долго.   
Дополнительные каналы питания подключены к своим обмоткам трансформатора, причем канал 12 Вольт гальванически отвязан от остальных.
Каждый канал имеет независимую стабилизацию напряжения, дроссели для уменьшения помех и керамические конденсаторы по выходу. Но вы наверное заметили, что диодов в выпрямителе пять. Канал 12 Вольт питается от однополупериодного выпрямителя.   
По выходу, как и по входу, стоят клеммники, причем весьма неплохого качества и конструкции.   

На странице товара есть фото сверху, где видно все и сразу. Уже потом заметил, что в магазине на всех фото есть монтажные стойки, в моем комплекте их не было :(   

Печатная плата двухсторонняя, качество весьма высокое, использован стеклотекстолит, а не привычный гетинакс. В одном из узких место сделана защитная прорезь.
Снизу также обнаружилась пара резисторов, предположу, что это примитивная схема защиты от перегрузки, которую иногда добавляют к драйверам на IR2153. Но честно говоря, я бы на нее не рассчитывал.   
Также снизу печатной платы присутствует маркировка выходов и варианты выходных напряжений, под которые изготавливаются данные платы. Немного заинтриговали две вещи - два одинаковых варианта +/- 70 Вольт и заказной вариант.   
Перед тем, как перейти к тестам, немного расскажу о своем варианте подобного БП.
Я уже выкладывал обзор регулируемого БП, где использовался блок питания собранный примерно по такой же схеме.   
В собранном виде он также выглядел довольно похоже, извините за плохое качество фото.   

Если убрать из моего варианта все "лишнее", например узел регулировки оборотов вентилятора в зависимости от температуры, а также умощненный драйвер транзисторов и схему дополнительного питания от выхода инвертора, то мы получим схему обозреваемого БП.
По сути это тот же БП, только выходных напряжений больше. Вообще схемотехника данного БП совсем простая, проще только банальный автогенератор.  
 Кроме того обозреваемый БП снабжен примитивной схемой ограничения выходной мощности, подозреваю что реализована она так, как показано на выделенном участке схемы.  

 Но посмотрим на что способна данная схема и ее реализация в обозреваемом блоке питания.
Здесь надо отметить, что так как стабилизация основного напряжения отсутствует, то оно напрямую зависит от напряжения в сети.
При входном напряжении 223 Вольта выходное составляет 35.2 в режиме холостого хода. Потребление при этом 3.3 Ватта.   
При этом присутствует заметный нагрев резистора питания драйвера транзисторов. Его номинал 150 кОм, что при 300 Вольт дает рассеиваемую мощность порядка 0.6 Ватта. Данный резистор греется независимо от нагрузки блока питания.
Также заметен небольшой нагрев трансформатора, фото сделано примерно через 15 минут после включения.
   


Для нагрузочного теста была собрана конструкция, состоящая из двух электронных нагрузок, осциллографа и мультиметра.
Мультиметр измерял один канал питания, второй канал контролировался вольтметром электронной нагрузки, которая была подключена короткими проводами.   

Не буду утомлять читателя большим перечислением тестов, потому сразу перейду к осциллограммам.
1, 2. Разные точки выхода БП до диодных сборок, и с разным временем развертки. Частота работы инвертора составляет 70 кГц.
3, 4. Пульсации перед дросселем канала 12 Вольт и после него. После КРЕНки вообще все гладко, но есть проблема, напряжение в этой точке всего около 14.5 Вольта без нагрузки основных каналов и 13.6-13.8 с нагрузкой, что мало для стабилизатора 12 Вольт.   

Нагрузочные тесты проходили так:
Сначала нагружал один канал на 50%, затем второй на 50%, потом нагрузку первого поднимал до 100%, а затем и второй. В итоге получалось четыре режима нагрузки - 25-50-75-100%.
Сначала что на выходе по ВЧ, на мой взгляд очень даже неплохо, пульсации минимальны, а при установке дополнительного дросселя их вообще можно свести почти до нуля.   
А вот на частоте 100 Гц все довольно грустно, маловата емкость по входу, маловата.
Полный размах пульсаций при 500 Ватт выходной мощности составляет около 4 Вольт.   

Нагрузочные тесты. Так как напряжение под нагрузкой проседало, то я по мере этого поднимал тока нагрузки чтобы выходная мощность примерно соответствовала ряду 125-250-375-500 Ватт.
1. Первый канал - 0 Ватт, 42.4 Вольта, второй канал - 126 Ватт, 33.75 Вольта
2. Первый канал - 125.6 Ватта, 32.21 Вольта, второй канал - 130 Ватт, 32.32 Вольта.
3. Первый канал - 247.8 Ватта, 29.86 Вольта, второй канал - 127 Ватт, 30.64 Вольта.
4. Первый канал - 236 Ватт, 29.44 Вольта, второй канал - 240 Ватт, 29.58 Вольта.

Вы наверное заметили, что в первом тесте напряжение не нагруженного канала больше 40 Вольт. Это обусловлено выбросами напряжения, а так как нагрузки нет совсем, то напряжение плавно поднималось, даже небольшая нагрузка возвращала напряжение в норму.   
Одновременно измерялось потребление, но так как есть относительно большая погрешность при измерении выходной мощности, то расчетные значения КПД я также буду приводить ориентировочно.
1. 25% нагрузки, КПД 89.3%
2. 50% нагрузки, КПД 91.6%
3. 75% нагрузки, КПД 90%
4. 476 Ватт, около 95% нагрузки, КПД 88%
5, 6. Просто ради любопытства измерил коэффициент мощности при 50 и 100% мощности.

В общем-то результаты примерно похожи на заявленные 90%   

Тесты показали довольно неплохую работу блока питания и все было бы замечательно, если бы не привычная "ложка дегтя" в виде нагрева. Еще в самом начале я оценил примерно мощность БП в 300-350 Ватт.
В процессе привычного теста с постепенным прогревом и интервалами по 20 минут я выяснил, что при мощности 250 Ватт Бп ведет себя просто отлично, нагрев компонентов примерно такой:
Диодный мост - 71
Транзисторы - 66
Трансформатор (магнитопровод) - 72
Выходные диоды - 75

Но когда я поднял мощность до 75% (375 Ватт), то через 10 минут картина была совсем дургая
Диодный мост - 87
Транзисторы - 100
Трансформатор (магнитопровод) - 78
Выходные диоды - 102 (более нагруженный канал)

Попытавшись разобраться с проблемой, я выяснил, что идет сильный перегрев обмоток трансформатора, в следствие этого прогревается магнитопровод, снижается его индукция насыщения и он начинает входить в насыщение в итоге резко увеличивается нагрев транзисторов (позже я регистрировал температуру до 108 градусов), затем я остановил тест. При этом тесты " на холодную" с мощностью в 500 Ватт проходили нормально.

Ниже пара термофото, первое при мощности нагрузки 25%, второе при 75%, соответственно через пол часа (20+10 минут). Температура обмоток достигла 146 градусов и был заметный запах перегретого лака.  


 В общем теперь подведу некоторые итоги, отчасти неутешительные.
Общее качество изготовления очень хорошее, но есть некоторые конструктивные нюансы, например установка транзисторов без изоляции от радиаторов. Радует большое количество выходных напряжений, например 35 Вольт для питания усилителя мощности, 15 для предварительного усилителя и независимые 12 Вольт для всяких сервисных устройств.

Есть схемные недоработки, например отсутствие термистора по входу и малая емкость входных конденсаторов.
В характеристиках было заявлено что дополнительные каналы 15 Вольт могут выдать ток до 1 Ампера, реально я бы не ждал больше 0.5 Ампера без дополнительного охлаждения стабилизаторов. Канал 12 Вольт скорее всего вообще не выдаст более 200-300мА.

Но все эти проблемы либо не критичны, либо легко решаются. Самая сложная проблема - нагрев. БП может длительно отдавать до 250-300 Ватт, 500 Ватт только относительно кратковременно, либо придется добавлять активное охлаждение.   На этом у меня все, надеюсь что информация была полезна и как обычно жду вопросов в комментариях.