Восставший из пепла: обзор и тест двухполярного импульсного блока питания мощностью 300 Вт для аудиотехники

В этом обзоре рассмотрим импульсный двухполярный блок питания с выходными напряжениями +-42 В и номинальной мощностью 300 Вт (спойлер: слово «номинальной» употреблено не случайно).

Производителем он позиционируется как предназначенный для аудиотехники, и возразить здесь особо нечего: именно там и используются в подавляющем большинстве случаев для питания усилителей симметричные двухполярные напряжения. При грамотной схемотехнике оконечного усилителя симметричность питания даёт шанс на некоторое снижение уровня искажений как в отношении чётных гармоник в выходном сигнале, так и в отношении влияния пульсаций по питанию.

Многие аудиофилы имеют предубеждения в отношении питания усилителей от импульсных источников; и это — не беспочвенно. Импульсные помехи в силу своей природы распространяются лучше по цепям питания, чем «медленные» помехи от классических трансформаторных блоков питания с выпрямителем. В связи с этим будем считать этот источник питания предназначенным просто для хорошей техники, а не для Hi-End класса.

Тем не менее отметим, что при сколь-нибудь существенной мощности классические трансформаторные блоки питания имеют «провальные» массо-габаритные характеристики, да и КПД у них отстаёт от импульсных БП.

Особенностью тестирования стало то, что при первом же тесте блок сгорел; но затем был восстановлен и тестирование доведено до конца. При этом, естественно. были сделаны соответствующие выводы.

Основные технические характеристики двухполярного источника питания

Конструкция и схемотехника двухполярного источника питания

Конструктивно блок выполнен в виде одной платы, установленной в открытом корпусе, напоминающем по форме лодку-плоскодонку.

Корпус изготовлен из толстого алюминия (1.5 мм) и служит одновременно теплоотводом для силовых элементов схемы, за исключением почему-то диодного моста, выпрямляющего сетевое напряжение (он не имеет теплового контакта с корпусом; а зря!).

Вход сетевого напряжения и выходы стабилизированных постоянных напряжений логичным образом расположены с разных сторон блока:

И, в заключение внешнего осмотра, вид тестируемого биполярного блока питания сверху:

Внизу посередине надо обратить внимание на транзистор, одетый в изолирующую оболочку. Это — главный транзистор импульсного преобразователя. Забегая чуть вперёд, он ещё станет источником проблем.

А в правом нижнем углу под черным дисковым термистором MF72 3D15 находится тёмно-красный прямоугольник плавкого предохранителя 392-T5A; оказавшийся не столько плавким, сколько взрывным. Но к этому вернёмся позже.

Начинается блок питания (со стороны питающего напряжения сети) с типового сетевого фильтра (что очень правильно).

Под планкой выходных напряжений находится подстроечный резистор (круглый с головкой под крестовую отвертку) для регулировки выходных напряжений в пределах плюс/минус 10%.

Блок питания почти весь собран на дискретных элементах. В нём применена единственная микросхема UC3842AP, управляющая формированием импульсов ШИМ.

Блок работает на основе обратноходовой схемы с ключевым транзистором MOSFET типа SVF12N65F (12 А, 650 В).

Выпрямляют напряжения +-42 В во вторичной цепи диоды SFF1006 (10 А, 400 В). Это — «обычные» диоды (не Шоттки); но отличающиеся высоким быстродействием (35 ns).

Напряжение +12 В выпрямляет диод Шоттки FHF10100 (5 А, 100 В).

На входе после выпрямителя сетевого напряжения установлены электролитические конденсаторы 2 шт.*82 мкФ 400 В, на выходах напряжений +- 42 В — конденсаторы 2 шт.*470 мкФ 63 В в каждом плече.

Система стабилизации блока питания использует в качестве опорного напряжение выхода +42 В. Соответственно, при симметричной нагрузке на оба плеча на выходе минус 42 В будет такое же напряжение, а при несимметричной нагрузке оно может слегка отклоняться.

Что касается напряжения 12 В, то оно никак не участвует в контуре стабилизации и может отклоняться от номинала как в зависимости от нагрузки на основные выходы +-42 В, так и в процессе регулировки этих основных напряжений (допускается +-10%).

Первое испытание. Гибель блока питания и его восстановление

Первым испытанием была проверка, действительно ли блок питания может отдать в нагрузку мощность 300 Вт.

И вот здесь всё пошло не по плану.

Блок питания стал разогреваться очень быстро; а особенно — ключевой транзистор.

Уже менее, чем через 1 минуту его температура достигла 171 градуса; я сделал тепловой снимок ситуации на тепловизор и уже хотел прекратить тест и выключить блок питания, но не успел: в нём полыхнула (почти взорвалась) темно-красная деталь — плавкий предохранитель 392-T5A.

Но это ещё не всё.

В число «погорельцев» попал и ключевой MOSFET транзистор SVF12N65F.

Видимо, именно перегрев и стал причиной его выхода из строя, что, в свою очередь, могло стать следствием странности конструкции БП.

Тепловой снимок биполярного блока питания, сделанный перед моментом выхода из строя:

Снимок получился нечётким, так как рука дрогнула, а повторить этот снимок возможности, сами понимаете, уже не было.

Странность конструкции БП заключается в том, что, хотя транзистор выполнен в изолированном пластиковом корпусе, он всё равно был прижат к теплоотводу через дополнительную изолирующую прокладку.

Фото сгоревшего транзистора, его прокладки и предохранителя:

Эта прокладка ухудшала тепловой контакт транзистора с теплоотводом, что и привело при максимальной мощности нагрузки к критическому перегреву.

Почему так сделано — не знаю, но, возможно, из-за межведомственных барьеров: разработчики включили в схему неизолированный вариант транзистора с прокладкой, а отдел комплектации купил транзисторы в изолированном варианте. В итоге его и прикрутили через прокладку, которая там не нужна. :)

После замены транзистора было решено прокладку не устанавливать (транзистор был прижат к теплоотводу «как есть»). Это может ухудшить электропрочность изоляции от сети к корпусу блока, но, поскольку допустимое напряжение на транзисторе 650 В, то и его изоляция тоже должна быть неплохой.

Кроме того, было принято решение не нагружать блок питания выше, чем на 150 Вт (половина предельной мощности), ибо перспектива повторного ремонта как-то не воодушевляла.

Но, как известно, в науке отрицательный результат не менее полезен, чем положительный.

А какой положительный вывод можно сделать из гибели этого БП под максимальной нагрузкой?! Положительный вывод будет состоять в том, что кратковременную (импульсную) максимальную нагрузку этот блок питания выдержать в состоянии!

Он ведь сгорел под максимальной нагрузкой не сразу, а только примерно через минуту; так что импульсную нагрузку 300 Вт в течение нескольких секунд он держать должен (при условии, что средняя долговременная мощность не будет превышать примерно 150 Вт).

Технические испытания (тест) двухполярного блока питания

Проверка температурного режима при нагрузке 160 Вт

В тесте использовалась симметричная нагрузка из мощных проволочных резисторов типа ПЭВ суммарным сопротивлением 44 Ом, подключенных между выходами +42 В и -42 В.

Примерно через полчаса был сделан тепловой снимок блока (использовался тепловизор InfiRay T2S):

Самыми горячими элементами оказались теперь, как ни странно, не транзисторы или диоды, а резисторы. Некоторые из них нагрелись до температуры чуть выше 100 градусов; но для них это не страшно.

Проверка пульсаций напряжения на выходе

При этой же мощности нагрузки были проверены пульсации на выходе относительно «земли» (использовался осциллограф Fnirsi-1013D):

Основная волна пульсаций укладывается в 50 мВ, но на них ещё сидят игольчатые выбросы до 75 мВ. В целом это — приемлемые величины; а при необходимости их можно «добить» дополнительными конденсаторами со стороны нагрузки (электролитическими плюс керамические или плёночные).

Проверка диапазона регулировки выходных напряжений

Минимальное напряжение на основных выходах составило +-36.4 В, максимальное +-45.4 В (без нагрузки).

На выходе +12 В минимум и максимум составили, соответственно, 10.4 В и 13 В.

Проверка выходных напряжений при несимметричной нагрузке

1. Нагрузка 1 А на выход +42 В; остальные выходы — без нагрузки.

Напряжение на выходе +42 осталось неизменным (+42 В), на выходе минус 42 В составило -44.3 В, напряжение на выходе 12 В составило 12.9 В.

2. Нагрузка 1 А на выход -42 В, остальные выходы — без нагрузки.

Напряжение на выходе +42 осталось неизменным (+42 В), на выходе минус 42 В составило -39.1 В, напряжение на выходе 12 В составило 13.1 В.

Мораль: напряжение на выходе 12 В растёт при любых нагрузках на остальных выходах. Напряжение +42 В остаётся неизменным при любых нагрузках на любых выходах.

Проверка потребляемой мощности и КПД

При мощности нагрузки 160 Вт потребляемая мощность составила 178.8 Вт (измерено цифровым ваттметром).

КПД составил 89.5%.

Потребляемая мощность на холостом ходу 3.4 Вт.

Проверка помех при подключении усилителя мощности

При подключении стереоусилителя с двухполярным питанием на TDA7294 и короткозамкнутых входах усилителя никаких помех в динамиках слышно не было.

Последующие проверки при разных рабочих уровнях сигнала, от тихого до близкого к клиппингу, тоже ничего подозрительного не выявили.

Защита от короткого замыкания

Защита от короткого замыкания, как отдельный пункт программы испытаний, не проверялась (по уже указанной выше причине — не хотелось возиться с повторным ремонтом блока).

Но в ходе работы с этим двухполярным блоком питания по причине недостаточной внимательности были допущены кратковременные замыкания (менее 1 секунды) между выходом 12 В и выходом -42 В, а также замыкание выхода 12 В на землю. Ничего плохого при этом не случилось.

Итоги и выводы

В целом протестированный двухполярный блок питания показал себя позитивно, хотя для долговременной работы на максимальной заявленной мощности он не пригоден.

Несколько великоват получился уровень пульсаций на выходе (с точки зрения аудиотехники); но эта проблема легко решается установкой дополнительных электролитических конденсаторов в питаемом усилителе, которые всё равно должны там быть.

При всём его позитиве, необходимо всё-таки правильно оценивать его область применения и сопутствующие ограничения.

Во-первых, с такими выходными напряжениями он подходит только для питания усилителей с высокоомной нагрузкой (не менее 8 Ом, а лучше — 16); иначе будет превышен предельно-допустимый ток выхода блока питания. Для питания усилителей с нагрузкой менее 8 Ом следует использовать аналогичные блоки питания с более низкими выходными напряжениями (+-24 В или +-36 В).

Во-вторых, во избежание перегрева БП следует позаботиться о его хорошей естественной вентиляции, либо установить принудительную вентиляцию. Кстати: защита от перегрева в этом БП даже не заявлена в характеристиках; всё будет лежать на Вашей ответственности.

Немного рекламы (ссылка на покупку).

Купить двухполярный блок питания можно на Алиэкспресс. Цена на дату обзора — около $30, на распродаже 11.11 должна быть небольшая скидка.

Реклама. ООО «АЛИБАБА.КОМ (РУ)» ИНН 7703380158

При составлении обзора использовалось следующее оборудование:

— Осциллограф Fnirsi 1013D (обзор);

— Тепловизор InfiRay T2S+ (обзор);

— Мультиметр Aneng V8 (обзор).