Hľadali sme čo možno najlacnejší laboratórny napájací zdroj pre hobby a našli sme lineárny zdroj 1501A, ktorý dodáva 0 V až 15 V pri výstupnom prúde 1 A. Technické údaje uvedené výrobcom sú veľmi zaujímavé. Sú však správne? Uvidíme!

Tento zdroj si môžte zakúpiť prostredníctvom tohoto odkazu - klikni (Banggood)

Tento zdroj si môžte zakúpiť prostredníctvom tohoto odkazu - klikni (Aliexpress)

Napájací zdroj 1501A alebo NT1501A alebo PS-1501A

Tento zdroj ponúkajú rôzny výrobcovia rôznych typov, pričom kód 1501A je vždy uvedený. Skúste ho vyhľadať pomocou google zadaním všetkých uvedených kódov, ak hľadáte najlacnejšieho predajcu. Regulovateľný zdroj je úhľadne zabalený v kartónovej krabici a je prekvapivo malý a ľahký:

• Výška: 14,5 cm
• Šírka: 10,0 cm
• Hĺbka: 13,5 cm
• Hmotnosť: 924 g

Výstupné napätie a prúd môžete odčítať na dvoch analógových meracích prístrojoch s rozmermi 58 mm x 62 mm. Predný panel obsahuje iba jeden potenciometer, pomocou ktorého môžete nastaviť výstupné napätie medzi 0 Vdc a 15 Vdc. 1501A preto pracuje iba ako zdroj konštantného napätia a nie ako zdroj konštantného prúdu. Nie je to až taká katastrofa, pretože  možnosť regulácie výstupného prúdu, ktorá je k dispozícii takmer na všetkých moderných zdrojoch, sa v praxi zriedka alebo nikdy nevyužíva. Je zabudovaná elektronická poistka, ktorá sa vypne, ak dôjdete k príliš veľkému odberu prúdu alebo skratu na výstupe napájacieho zdroja. Po odstránení príčiny vypnutia poistky zaznie bzučiak a výstupné napätie sa automaticky obnoví.

Regulovateľný zdroj 1501A.

Princíp funkcie zdroja

Tento napájací zdroj je založený na princípe lineárneho zdroja. To znamená, že sieťové napätie sa dodáva priamo do výkonového transformátora Tr1. Sekundárne napätie je usmernené pomocou D1, vyhladené je následne pomocou C1 a privedené na výkonový tranzistor T1 v sérii s výstupom. Tento tranzistor je budený z diferenciálneho zosilňovača, ktorý porovnáva časť výstupného napätia so stabilným referenčným napätím zenerovej diódy D2. Tranzistor je teraz riadený tak, že výstupné napätie spätnej väzby zostáva vždy rovnaké ako referenčná hodnota. Týmto spôsobom môžete nastaviť výstupné napätie na ľubovoľnú požadovanú hodnotu a rozdielový zosilňovač zabezpečí, aby toto napätie zostalo konštantné pri meniacom sa zaťažovacom prúde. Pointa je, že tranzistor sa používa ako regulovateľný rezistor a tento rezistor je regulovaný tak, že výstupné napätie zostáva konštantné. Samozrejme prítomné, ale nie nakreslené na nasledujúcej schéme, obmedzenie prúdu zabezpečuje, že ak preťažíte alebo skratujete výstup zdroja, výstupné napätie sa automaticky zníži na nulu.

Principiálna schéma lineárneho zdroja.

Výhody lineárneho napájania

V súčasnosti sú napájacie zdroje vyrábané podľa princípu modulácie šírky impulzu (PWM) alebo podľa princípu buck. Oba systémy pracujú na princípe spínaného režimu, pričom nestabilizované jednosmerné napätie je "rozrezané" na kusy rýchlym polovodičovým spínačom. Výsledok sa znova spojí. Oba systémy pracujú veľmi efektívne, a preto menič stráca len veľmi malý výkon. Nevýhodou obidvoch systémov je to, že na výstupe sa vyskytujú zvyšky spínacej frekvencie. Lineárny napájací zdroj nemá túto nevýhodu a ak je obvod dobre navrhnutý, na výstupe zostáva len veľmi malé množstvo sieťového napätia 50 Hz.

Špecifikácie podľa výrobcu

Podľa výrobcu má model 1501A nasledujúce špecifikácie:

• Výstupné napätie: 0 Vdc až 15 Vdc
• Výstupný prúd: 1 A max.
• Napájacie napätie: 230 Vac
• Stabilita vstupu: 0,01%
• Stabilita zaťaženia: 1,0% pri 1 A.
• Šluk a zvlnenie: efektívne 0,5 mV pri 1 A.
• Teplotný koeficient: 300 ppm / ° C

Špecifikácie, ktoré sú pre tento lacný zdroj až príliš dobré na to, aby to bola pravda! Takže urobíme pár testov, aby sme zistili, kde je pravda.

1501A na skúšobnom stole

Vnútro zdroja

Ako sa dalo očakávať, rozmery krytu sú určené iba komponentmi, ktoré sú prítomné na prednom panely a samotná skrinka je naplnená hlavne vzduchom. Mimoriadne zarážajúce sú však rozmery siťového transformátora, pozri fotografiu nižšie. Preto je na mieste otázka - bol by tento komponent s rozmermi 6,0 cm x 2,0 cm x 4,5 cm schopný dodať prúd 1 A pri 15 V? To asi ťažko. Výrobca uvádza v preklade asi  toto: "náš transformátor používa dobrý vodič a vysoko účinné magnetické jadro, takže nemusí byť veľký“. Osobne som v tom trochu kritickejší, takže som veľmi zvedaví, čo prinesú testy. Druhou vecou, ​​ktorú si môžete všimnúť, je, že si vnútorné zapojenie určite nezaslúži cenu za estetiku. Na fotografii nie je viditeľný výkonový tranzistor, ktorý je priskrutkovaný k zadnej stene skrinky a pomocou sľudovej izolačnej podložky a nejakej tepelne vodivej pasty. Pod skrutkou môžete vidieť teflónový izolačný krúžok. Pozor: táto skrutka spôsobuje nestabilné jednosmerné napätie po vyhladení.

Detail konštrukciezdroja. V podstate sa nie je na čo pozerať.

Elektronika zdroja

Na obrázku nižšie je DPS, ktorá obsahuje kompletnú rektifikačnú a riadiacu elektroniku. Prekvapivo sa nepoužíva integrovaný regulátor napätia, ako je LM317, ale dvojitý operačný zosilňovač typu LM358. PCB tiež obsahuje päť tranzistorov a TL431A. Toto je nastaviteľný stabilizátor, ktorý sa tu pravdepodobne používa ako referencia napätia. Druhým šokujúcim objavom je, že pre primárny vyhladzovací kondenzátor sa podľa sieťotlače na PCB, by mal byť kondenzátor 470 μF, avšak osadený je kondenzátor o veľkosti iba 220 μF. Na tomto mieste má byť kondenzátor o kapacite minimálne 1 000 μF, pretože použitá kapacita iba 220 μF prirodzene zaručuje značné zvlnenie na výstupe v usmernenom napätí.

Detail elektroniky zdroja.

Kde by nemal byť ampérmeter?

Pri opätovnej montáži napájacieho zdroja sa zistilo, že ampérmeter je umiestnený na mieste, kde absolútne nepatrí, pozri obrázok nižšie. Úbytok napätia na merači, 100 mV v plnom rozsahu, nie je kompenzovaný riadiacim systémom. Teda ak náhle zaťažíte napájací zdroj 1 A, výstupné napätie bude v každom prípade nižšie o 100 mV ako napätie bez záťaže. Stručne povedané, stabilitu záťaže 1,0% stanovenú výrobcom pri záťaži nemožno vôbec dosiahnúť! Jednoznačne začiatočníka chyba v zariadení, o ktorom som presvedčený, že bola navrhnutá študentom v číne.

Nesprávne pripojenie ampérmetra do výstupu napájacieho zdroja.

Presnosť meracích prístrojov

Stupnica voltmetra nesie na sebe údaj "2,5", čo znamená "presnosť ± 2,5%". Logicky teda pri výstupnom  napätí 15,0 V sa preto môže výsledok merania líšiť najviac o ± 0,375 V. Napätie namerané na voltmetri je za skutočnou hodnotou výstupného napätia, pozri tabuľku nižšie, ale je v rámci špecifikácií ± 2,5%.

Presnosť ampéra je samozrejme v tomto prípade menej dôležitá. Maximálna odchýlka od prúdu uvedeného v meracom prístroji bola 20 mA pri zaťažovacom prúde 900 mA.

Stabilita výstupu pri záťaži 15 V

Výstupné napätie bez záťaže sme nastavili na 15,0 V a potom bol zdroj pripojený k záťaži s konštantným prúdom na 1,0 A v krokoch po 100 mA. Výsledky sú uvedené v červenom grafe a sú sklamaním. Pri zaťažovacom prúde 1.0 A kleslo výstupné napätie na 9.47 V! Dokonca aj pri polovičnej maximálnej záťaži, tj 500 mA, kleslo výstupné napätie na 14,44 V. Takže "stabilita záťaže: 1,0% pri 1 " uvedená výrobcom je úplne nesprávna. Táto špecifikácia umožňuje maximálny pokles napätia pri plnom zaťažení iba o 0,15 V teda pokles na 14,85 V pri 1 A. Príčina tohto zlého výsledku sa rýchlo nájde: príliš malý výkonový transformátor, ktorý je pri preťažení napájacieho zdroja 1 A veľmi preťažený. Sekundárne napätie je 19,2 V bez záťaže. Dobrý stabilizačný obvod môže z takého striedavého napätia ľahko odvodiť stabilných 15,0 V. Ak však pripojíte napájací zdroj so záťažou 1.0 A, sekundárne napätie klesne na 13,5 V. Z tohto dôvodu stabilizátor z tohto nemôže urobiť 15,0 V DC.

Čo môže zmeniť jediný komponent?

Už bolo spomenuté, že primárny vyhladzovací kondenzátor má veľkosť iba 220 μF a že podľa všeobecného názoru je jeho kapacita príliš malá. Preto som tento kondenzátor nahradil kondenzátorom o kapacite 1 000 μF a merania som zopakoval. Graf nižšie ukazuje prekvapujúci rozdiel.

Červený graf je s kondenzátorom 220 μF, modrý graf s kondenzátorom 1 000 μF.

Stabilita výstupu pri záťaži 5 V

Najčastejšie sa používa napájacie napätie 5.0 V, takže pri tomto výstupnom napätí sa tiež merala stabilita tohto napätia. Ako ukazuje nasledujúci graf, stabilita a výkon pri takom nízkom napätí je sotva lepší ako pri 15,0 V. Až do 500 mA sa napájanie správa tak, ako by malo. Pri vyšších prúdoch sa rýchlo degraduje. Napájanie sa preruší, aj keď odoberáte viac ako 700 mA, vstavaná poistka potom nastaví výstupné napätie na 0 V a bzučiak začne pískať. Teraz som merania zopakoval s kondenzátorom 220 uF nahradeným jedným kondenzátorom o kapacite 1 000 µF. Rozdiely sú ešte viac prekvapujúce, pozri modrý graf nižšie.

Teraz som merania zopakoval s kondenzátorom 220 uF nahradeným jedným kondenzátorom o kapacite 1 000 µF. Rozdiely sú ešte viac prekvapujúce, pozri modrý graf nižšie.

Zvlnenie napätia na výstupe

Lineárny napájací zdroj má vždy na výstupe nejaké zvyšky striedavého napätia 50 Hz. To sa nazýva zvlnenie. Podľa špecifikácií výrobcu by toto zvlnenie malo byť maximálne 0,5 mV pri 1 A. To sme merali pri výstupnom napätí 12,0 V, čo je často používaná hodnota ako napájacie napätie obvodov. Napájací zdroj vyhovuje tejto špecifikácii až do prúdu 500 mA, pozri oscilogram vľavo. Je možné vidieť iba určitý šum, ktorého časť je spôsobená kvantizačným šumom digitálneho osciloskopu.

Vpravo vidíte výsledok pri záťažovom prúde 1,0 A. Zvlnenie viac ako 3,0 V pri jednosmernom napätí menšom ako 10 V! Zistilo sa, že nahradenie kondenzátora 220 uF jedným z 1 000 uF prinieslo aj tu značné zlepšenie. Pri tomto kondenzátore zostalo zvlnenie prijateľné až do prúdu 0,8 A.

Zvlnenie na výstupe pri záťažovom prúde 0,5 A (vľavo) a 1,0 A (vpravo) a výstupnom napätí 12,0 V.

Záver

Nerozumiem dosť dobre výrobcovi tohto zdroja. Prečo majú také nutkanie za každú cenu písať vymyslené špecifikácie, ktoré sa často nezakladajú na pravde, aj keď dobre vedia, žesa tieto údaje dajú zistiť úplne jednoduchými meraniami ? Načo priraďovať úplne vymyslené a scestné informácie? Ale "nehádžem flintu do žita" nakoľko viem, že aj čínsky výrobcovia majú plno kvalitných výrobkov - veľa som ich testoval a veľa ich aj používam. Znamená to, že tento zdroj napätia je absolútny prepadák? To určite nie. Pokiaľ sa vám bude chcieť s ním pohrať vyspájkujte kondenzátor 220 µF a nahraďte ho kondenzátorom 1 000 µF alebo ešte lepšie 2 200 µF. Dbajte na prevádzkové napätie, musí byť na 50 V. Ale zabudnite na maximálny udávaný prúd 1 A nakoľko model 1501A dokáže dodávať maximálne 0,5 A, ale môžte nahradiť aj ten s použitím transformátora na vyšší prúd. Potom tento zdroj bude spoľahlivo napájať vaše experimenty s elektronikou.

Tento zdroj si môžte zakúpiť prostredníctvom tohoto odkazu - klikni (Banggood)

Tento zdroj si môžte zakúpiť prostredníctvom tohoto odkazu - klikni (Aliexpress)