Замена блока питания в 3D-принтере на Mean Well: плюсы и минусы, подводные камни

Это текст о том, какие трудности возникнут, если вы решите поменять блок питания в своем 3Д принтере и как их можно преодолеть. На примере принтера FlyingBear Reborn (24 в) и блока питания Mean Well RSP-500-24.

Проблема

При включении подогрева стола стал все громче слышаться писк из блока питания. Мало того, все больше каких-то глюков появлялось в работе. То вайфай отвалтся, то неожиданная остановка посреди печати, то еще что. Все указывало на проблемы с питанием. Например, подсохшие и вспучившиеся электролитики. Я вскрыл блок питания, но ничего подозрительного не обнаружил.

Это было странно — проблема была налицо, но ремонтировать было нечего. А плавающий характер глюка усложнял поиск причины. Формально все было в пределах нормы — и уровень напряжения, и его пульсации и температура.

В режиме средних нагрузок термистор на входе греется 80 и выше.

Некоторые резисторы нагревались выше 70 градусов.

На фото не попало, но при разогреве стола температуры были и выше ста градусов. Индуктивности, диодный мост — тоже сияют. Это не очень хорошо — ни для надежности, ни для энергоэффективности.

В этом принтере блок питания — не самое сильное место. В профильных телеграмм-каналах блок питания советовали заменить при первой возможности. Он у многих издает посторонние звуки, у кого-то уже и сгорел.

Выбор варианта решения

Чаще всего советуют заменить на Mean Well (хм, да, «добрые намерения»). Это известный бренд среди изготовителей блоков питания, он недешев, но его покупка снимает необходимость вникать в схемотехнику и проверять качество изготовления — все в нем будет в порядке. Принтер у меня стоит дома, я частенько его оставляю работать одного, пожар мне не нужен, так что я решил не экономить, и если есть максимально надежное решение — надо воспользоваться именно таким.

У Mean Well есть вариант подороже и подешевле. LRS-450 впритык по мощности, RSP-500 с некоторым запасом.

И у RSP-500 весьма продвинутая конструкция, высокий кпд и надежность. Посмотрим на функциональную диаграмму из pdf:

И сравниваем с такой же диаграммой из документации на LRS-450:

По-моему, все понятно. И допустимые шумы на выходе у LRS-450 повыше в полтора раза. Так что если уж заменять штатный, то лучше не экономить по мелочам.

Взял RSP-500-24.

RSP-500-24

Покупка благополучно состоялась, приехала вот такая коробка:

Блок питания тяжел, красив и убедителен.

Что приятно, никаких гарантийных пломб нет, счастливый покупатель может вскрыть блок и убедиться в правильности выбора. Вперед!

Ну что ж, пока все хорошо. Время перевернуть принтер и приступить к замене.

До

Надо сказать, что старый блок питания был мной немного доработан тихим вентилятором. Для чего была распечатана крышка с отверстием на 120 мм. Под рукой тогда оказался вентилятор на 12 вольт, штатный был на 24, так что доработка включала малюсенький импульсный преобразователь 24-12. Вот так это выглядело в сборе.

Прежде чем снимать блок питания, я посмотрел как он работал.

Отдаваемый ток 16,53 А, потребляемая из сети мощность 462,7 Вт. Умножаем, делим, получаем:

16,53*24/462,7 = 0,86

Такой кпд у штатного блока питания.

Получается, 66 Вт уходили в тепло в области максимальных нагрузок.

Вот осциллограмма выходного напряжения под этой нагрузкой:

Сравнение старого и нового

Оба блока питания сняты, хороший момент для сравнения.

В новом очевидно больше деталей, трансформатор и катушки индуктивности крупнее, более аккуратно выполнен монтаж, производитель не экономил.

Для справедливого взвешивания я вернул штатному блоку питания его крышку с вентилятором.

Вес — 1165 против 698 — новый в 1,7 раза тяжелее. Говорит само за себя.

После

Теперь устанавливаем новый блок.

Первая проблема, с которой я столкнулся — отверстия для крепления в принтере не соответствовали новому блоку питания. Но желание запустить обновку было таким большим, что я для начала просто положил блок питания на его место и подключил цепь 220 вольт. Фаза, ноль и зануление — три провода, проблем не возникло.

Проверил выходное напряжение:

В норме. Теперь можно подключать низковольтную часть. Два провода на «+» и два на «-», все просто. Проверяем кпд:

16,71*24/442,7 = 0,91

Кажется, что не такая уж большая разница со штатным. Но сравнивать нужно не 0,86 и 0,91, а 0,14 и 0,09 -долю энергии, которая преобразуется в тепло и требует отвода из БП. У нового блока питания она в полтора раза меньше. А это весьма и весьма заметно.

Взглянем на температуру:

Это соответствует вычислениям: нагрев меньше, чем у штатного БП.

Осциллограмма под нагрузкой:

Да, тоже не идеально гладко. Но обратите внимание, здесь цена деления шкалы 0,05 В, а при тестировании штатного блока — 0,5 В.

Вопрос охлаждения

Ой-ой-ой, а что это у нас там зашумело?

А это вентилятор. Он имеет маркировку NMB 04020VA-12P-BA.

Я нашел на него документацию. Крыльчатка на 9500 оборотов. Не шутки.

Придется устанавливать большой и тихий вентилятор. Заодно решится вопрос с креплением нового блока питания.

Но справится ли большой и тихий Noctua NF-P12 с такой работой?

Сравним основные характеристики:

Прокачка воздуха, м3/час:

NMB: 19,2, Noctua: 92,3

Статическое давление, Па:

NMB: 99,3, Noctua: 16,5

Шум, дБ:

NMB: 37,0, Noctua: 19,8

В общем, ситуация ясна: нужно обеспечить низкое аэродинамическое сопротивление воздушного тракта и большой вентилятор с запасом перекроет все требования по охлаждению. Потому что охлаждает двигающаяся масса воздуха, а не давление в статике.

Я спроектировал крышку для нового блока питания. Штатный вентилятор в Mean Well на 12 вольт, так что Noctua можно подключать напрямую, без степдаун преобразователя. Заодно, предусмотрел три кронштейна, чтобы установить блок питания без сверления корпуса принтера.

Здесь можно скачать STL:

https://drive.google.com/file/d/1bMvANuUKOjpl51hPhLjvK82k0QWW6JSU/view?usp=drive_link

Получилось вот так:

А вот работа вентилятора:

Итоги

Принтер в порядке. Глюков пока не было, может действительно блок питания был виноват, может пока везет.

Ссылка на блок питания Mean Well RSP-500-24

Спасибо за внимание.

Всем мира и добра.