Программирование, радиоэлектроника,
саморазвитие и частичка из моей жизни здесь...

Блок питания Uni-T UTP3315TFL-II - обзор и доработка системы охлаждения

Речь пойдет о компактном и достаточно мощном, линейном лабораторном блоке питания (ЛБП) от компании UNI-T (Uni Trend) - Uni-T UTP3315TFL-II (30V, 5A).

Сначала сделаю небольшой обзор устройства, расскажу о его характеристиках и особенностях, посмотрим как он выглядит снаружи и внутри.

Потом будет рассказано о том как я модифицировал систему охлаждения этого ЛБП для большей эффективности и надежности при высоких нагрузках, а также меньшего уровня шума при небольших нагрузках.

В заключение - некоторые тесты под нагрузкой и выводы по проделанной работе.

Содержание:

  1. Компактные блоки питания Uni-T
  2. Модель UTP3315TFL-II
  3. Особенности ЛБП, смотрим что снаружи и внутри
  4. Планирование доработки системы охлаждения
  5. Подбор и замена теплоотвода
  6. Режим работы вентилятора, уменьшаем шум
  7. Несколько нагрузочных тестов
  8. Выводы и рекомендации
  9. В завершение

Идея написать эту статью возникла в процессе доработки моего экземпляра блока питания. Все казалось бы очевидно и просто: выбросить вентилятор и прикрутить огромный радиатор для силового элемента - надежное охлаждение и тишина! Что же тут описывать? - в реальности все оказалось не совсем так...

Компактные блоки питания Uni-T

Вполне возможно что вы в своей практике уже сталкивались с устройствами, в начале которых есть сочетание "Uni-T" - это продукты компании Uni Trend, производителя широкого ассортимента измерительного оборудования (мультиметры, осциллографы, анализаторы спектра, другие измерители...) и аксессуаров к нему.

Официальный сайт компании - www.uni-trend.com

Также эта компания занимается производством лабораторных источников питания (ЛИП). Увидеть ассортимент этих устройств можно на сайте в разделе "DC Power Supplies" (источники питания с постоянным напряжением на выходе).

Из наиболее компактных моделей можно выделить серии одноканальных линейных блоков питания: UTP3315 и UTP3313. Вот сравнение их некоторых основных возможностей:

Модель Вых. напряжение, В Вых. ток, А Индикация Вес, кг
UTP3313TFL 0~30V 0~3A 3 сигмента 3
UTP3315TFL 0~30V 0~5A 3 сигмента 4
UTP3313TFL-II 0~30V 0~3A 4 сигмента 3
UTP3315TFL-II 0~30V 0~5A 4 сигмента 4

Визуальные отличия первых моделей от вторых (II) можно увидеть на иллюстрации:

Линейные блоки питания Uni-T UTP3315TFL и UTP3313TFL разных версий

Рис. 1. Линейные блоки питания Uni-T UTP3315TFL и UTP3313TFL разных версий.

Модель UTP3315TFL-II

Блок питания Uni-T UTP3315TFL-II является более усовершенствованной версией предыдущего UTP3315TFL. Устройство получило обновленный внешний вид, с которым оно выглядит более аккуратно и, я бы сказал даже элегантно.

Вес первых и вторых версий этих источников питания (ИП) остался примерно на том же уровне - 3кг и 4кг для моделей с токами нагрузки 3А и 5А соответственно.

При этом размеры устройства достаточно небольшие: 10.5 см в ширину, 15.5 см в высоту и 21 см в длину. Этот блок питания немножко поменьше первой версии UTP3315TFL.

Привожу наиболее важные технические параметры этого ИП:

  • Тип: на основе трансформатора (трансформаторный);
  • Напряжение на выходе: 0V - 30V;
  • Ток на выходе: 0A - 5A;
  • Выходная мощность: 160W;
  • Регулировка постоянного напряжения (Constant Vlotage) нагрузки: ≤ 0.01% + 5mV;
  • Регулировка постоянного тока (Constant Current) нагрузки: ≤ 0.1% + 10mA;
  • Точность установки напряжения (при 25℃ ± 5℃): < 0.5% + 20mV;
  • Точность установки тока (при 25℃ ± 5℃): < 0.5% + 10mA;
  • Уровень пульсаций и шумов: ≤ 2mVrms, ≤ 3mArms;
  • Разрешающая способность регулировки напряжения: 10mV (типовое значение);
  • Разрешающая способность регулировки тока: 1mA (типовое значение);
  • Автоматический перевод постоянного напряжения и тока с защитой по ограничению последнего;
  • Входное напряжение: 110V/220V ±5% AC (Alternating Current) при частоте 50Hz/60Hz;
  • Рабочие условия: температура 0°C - 40°C, влажность ≤85%.

Как для устройства в таком небольшом корпусе и исполнении - параметры достойные. Уровень пульсаций хотелось бы конечно поменьше, но для разных некритичных к этому параметру самоделок и экспериментов будет вполне достаточно.

Из распакованной коробки я извлек:

  1. Блок питания;
  2. Сетевой кабель питания;
  3. Силовой кабель с штекерами и крокодильчиками;
  4. Инструкцию на английском языке.

Комплектация блока питания Uni-T UTP3315TFL-II

Рис. 2. Комплектация блока питания Uni-T UTP3315TFL-II.

Особенности ЛБП, смотрим что снаружи и внутри

Первые две вещи, которые сразу замечаются после первого включения:

  1. Большие и действительно яркие индикаторы, цифры видно четко и разборчиво даже на некотором расстоянии от устройства;
  2. Достаточно высокий уровень шума, по звуку напомнило мне работу системы охлаждения небольшого сварочного аппарата.

Внешний вид

Данная модель получила контрастные четырехзначные индикаторы для отображения выходных уровней напряжения и силы тока.

Лабораторный источник питания Uni-T UTP3315TFL-II

Рис. 3. Лабораторный источник питания Uni-T UTP3315TFL-II.

Текущее значение напряжения отображается свечением красного цвета, а значение тока - зеленым. В предыдущей версии устройства все индикаторы были также достаточно яркими, но светились одним, синеньким цветом.

В отличие от первой версии, дисплейное пространство здесь выполнено из темного органического стекла, за ним не видно плат и корпусов индикаторов - теперь устройство смотрится гораздо лучше.

Кнопку питания в модели "II" сделали круглой формы. В отличие от прямоугольной из первой версии, теперь в ее отверстии возможно что будет меньше скапливаться грязь. Это считаю также плюсом.

На передней панели стало меньше "острых" углов, теперь все сглажено и достаточно аккуратно. В целом мне дизайн понравился.

Между индикаторами напряжения и тока расположены два светодиода, отображающие текущий режим стабилизации выходных параметров:

  1. C.C - режим фиксированного тока (Constant Current);
  2. C.V - режим фиксированного напряжения (Constant Voltage).

Основное управление выходными параметрами устройства - 4 ручки:

  1. VOLTAGE (Coarse) - напряжение (грубая установка);
  2. VOLTAGE (Fine) - напряжение (точная установка);
  3. CURRENT (Coarse) - ток (грубая установка);
  4. CURRENT (Fine) - ток (точная установка).

Это фактически все элементы индикации и управления, как говорится: "ничего лишнего"!

Вращение ручек регулировки - плавное, в реальности действительно позволяет установить значения с заявленной производителем точностью.

По бокам устройства расположены вентиляционные отверстия. В отличии от первой версии ИП, здесь они размещены не полосками вдоль всей боковой панели, а сконцентрированы массивом ближе к передней части устройства.

Воздух из помещения через эти отверстия втягивается внутрь, обдувает внутренние компоненты и выходит наружу через заднее отверстие с вентилятором.

Блок питания Uni-T UTP3315TFL-II - фото с боковой стороны и снизу

Рис. 4. Блок питания Uni-T UTP3315TFL-II - фото с боковой стороны и снизу.

Снизу расположены винты для крепления внутренностей ИП, а также достаточно высокие ножки, которые изготовлены из мягкой пластмассы.

Сзади видим предупреждение, которое в переводе означает:

"Для предотвращения поражения электрическим напряжением, контакт заземления в кабеле питания должен быть заземлен. Внутри нет компонентов, обслуживаемых оператором. Не снимайте защитный кожух, обратитесь к квалифицированным специалистам."

Источник питания Uni-T UTP3315TFL-II - фото задней панели

Рис. 5. Источник питания Uni-T UTP3315TFL-II - фото задней панели.

Дальше видим вырезанные отверстия вентиляции с вентилятором внутри. Ниже расположен переключатель напряжения питания 110V-230V.

Перед включением его положение лучше все же проверить, а потом, для безопасности его можно залить небольшим кусочком силикона.

Гнездо для питания совмещено с держателем под плавкий предохранитель, с левой стороны указаны значения тока предохранителя для разных питающих напряжений.

Особенности

Теперь рассмотрим ключевые особенности данного устройства:

  • Регулировка необходимого значения напряжения;
  • Регулировка необходимого значения тока;
  • Защита от короткого замыкания (КЗ) на выходе;
  • Защита от перегрузки;
  • Защита при достижении установленного ограничения тока;
  • Автоматическое преобразование напряжения и тока при установленном константном значении любого из них;
  • Температурная защита силового трансформатора (70°C).

Напряжение и ток на выходе можно регулировать раздельно. Устройство не боится коротких замыканий и адекватно реагирует не только на  них, но и на превышение установленной границы тока.

При установке выбранного значения напряжения, выходной ток будет изменяться автоматически. Так же и при установке константного тока: выходное напряжение автоматически будет подбираться таким, чтобы ток через подключенную нагрузку не превышал заданного.

Кроме плавкого предохранителя на входе питания устройства мы имеем неплохой набор разных защит. Корпус устройства (кроме передней панели) изготовлен из достаточно толстого листового металла - это плюс к общей надежности прибора, плюс экранировка.

Можно сказать что устройство вполне безопасно к использованию и даже если что-то пойдет не так при большой нагрузке, то это не приведет к пожару и другим подобным неприятностям.

Нагрузил блок питания низкоомными резисторами, попробовал ток 1А, потом 3А и наконец нагрузил на 5А+ одним мощным 50-Ваттним резистором на сопротивление 4.7 Ома:

Кратковременная нагрузка на 130W для источника питания Uni-T UTP3315TFL-II

Рис. 6. Кратковременная нагрузка на 130W для источника питания Uni-T UTP3315TFL-II.

Старый резистор в керамике через некоторое количество секунд начал "кипеть" и издавать "ароматы из прошлого" - пришлось выключить.

Напряжение БП держит, заявленное производителем значение тока также соответствует.

Внутри блока питания

Пришло время взглянуть на внутреннее устройство Uni-T UTP3315TFL-II.

Внутреннее устройство блока питания Uni-T UTP3315TFL-II (с левой стороны)

Рис. 7. Внутреннее устройство блока питания Uni-T UTP3315TFL-II (с левой стороны).

С левой стороны фото (на задней крышке) установлен вентилятор 12см х 12см с рабочим напряжением 24В. Контакты, подключенные к разъему питания, хорошо заизолированы - можно сказать что они одеты в "силиконовые рубашечки"

Для охлаждения силовых транзисторов используется достаточно небольшой, расположенный вертикально алюминиевый радиатор. Одной из своих сторон (зубчиков) он прикручен к металлическому дну устройства, что дополнительно способствует дополнительному отводу тепла с радиатора на корпус ИП.

Если визуально провести виртуальную ось через центр вентилятора, то не сложно увидеть что прямой поток воздуха с правой стороны (из вентиляционных отверстий) влево (через вентилятор) будет проходить меньше чем через половину ребер радиатора.

Посередине корпуса расположен достаточно массивный силовой трансформатор с набором из нескольких вторичных обмоток разной мощности и напряжения.

Трансформатор также прикручен ко дну устройства, причем недалеко от теплоотвода для транзисторов - таким образом, выделяемое с трансформатора и радиатора тепло может перераспределяться и даже взаимно влиять на эти компоненты.

На фоне трансформатора видны идущие к выключателю питания, собранные с помощью стяжек, силовые провода. Соединительные контакты выключателя также полностью заизолированы.

С правой стороны, каскадом, установлены две печатные платы. Сразу виднеется достаточно массивный электролитический конденсатор на 4700 мкФ, а также диодный мост, который в данном устройстве не нуждается в дополнительном теплоотводе.

Все соединения от трансформатора и от транзисторов к силовой плате выполнены на разъемах - при ремонте все можно отключить или что-то заменить (например трансформатор или блочек с транзисторами).

Немного выше на первой плате видны два электромагнитных реле - они отвечают за переключение вторичных силовых обмоток трансформатора.

Это достаточно умное и рациональное решение для линейного стабилизатора, поскольку если со вторичной обмотки брать например 28В переменного напряжения и после конденсатора получить 38В постоянного, то при низком выходном напряжении (например 3В) и большом выходном токе (например 4А), на выходных транзисторах будет падать очень большая часть напряжения питания, а при большом токе это приведет к колоссальному тепловыделению.

Когда на выходе ИП нужно небольшое напряжение, то снизив напряжение со вторичной обмотки мы снизим потери на выходном транзисторе, уменьшим на нем потери и соответственно тепловыделение.

Поэтому при установке выходного напряжения, щелчки реле можно будет услышать в трех точках шкалы: 8.2V, 15.2V и 23.2V.

Внутреннее устройство источника питания Uni-T UTP3315TFL-II (с правой стороны)

Рис. 8. Внутреннее устройство источника питания Uni-T UTP3315TFL-II (с правой стороны).

С другой стороны платы можно видеть компоненты в корпусе TO-220, я не присматривался, но скорее всего это интегральные стабилизаторы для питания схемы индикации и управления.

Также можно увидеть резисторы на мощность в несколько Ватт и проволочный шунт. Вся остальная "умная" электроника расположена с другой стороны и на второй плате.

На трансформаторе присутствует маркировка: "YSD-2160-110/96*45". Также на нем указаны все входные и выходные напряжения:

  • Две первичные обмотки по 110В (в сумме 220В) - красные и черные провода;
  • Вторичная обмотка на 6V - синие провода;
  • Вторичная обмотка на 16V - зеленые провода;
  • Вторичная обмотка на 18V+18V - два желтых провода и один черный;
  • Соединенные последовательно мощные вторичные обмотки: 0V (черный) - 8V (желтый) - 21V (белый) - 35V (зеленый).

Провода от первичной обмотки через разъем подключены к переключателю напряжений, к которому идут провода от гнезда питания и выключателя.

Два силовых транзистора запаяны на небольшую платку и прикручены к радиатору через термопрокладки. Здесь применены транзисторы D1047 фирмы SANYO Electric в корпусе TO-3PB:

  • Структура - NPN;
  • Максимальное напряжение Коллектор-Эмиттер - 140V;
  • Максимальный постоянный ток Коллектора - 12A;
  • Максимальный импульсный ток Коллектора - 15A;
  • Максимальная рассеиваемая на Коллекторе мощность - 100W;
  • Температура отсечки - 150°C.

Силовые транзисторы D1047 в источнике питания Uni-T UTP3315TFL-II

Рис. 9. Силовые транзисторы D1047 в источнике питания Uni-T UTP3315TFL-II.

Вполне неплохой выбор для данного БП. При максимальной нагрузке на БП у этой пары транзисторов останется даже некоторый запас по рассеиваемой мощности, главное чтобы система охлаждения справлялась со своей задачей.

Насчет возможностей последней у меня появились сомнения, хотя если учесть большие обороты и пропускную способность воздуха у вентилятора, то возможно этого будет достаточно. Думаю перед выпуском устройства в продажу производитель все тестировал и не раз.

Но вот шум...

Планирование доработки системы охлаждения

Прежде чем приступить, считаю важным упомянуть следующее:

  1. Любое самостоятельное вскрытие корпуса ЛБП или вмешательство в его внутренние схемы может стать причиной в отказе от гарантийных обязательств как производителя, так и продавца;
  2. Снимать кожух БП и проводить любые манипуляции с внутренними схемами и электронными компонентами может только специально обученный персонал, умеющий обращаться с электронными устройствами и работать с опасными для жизни высокими напряжениями (в данном случае это 110-120В или 220-230В);
  3. Я не несу никакой ответственности за целостность экземпляра вашего БП и тем более за ваше здоровье.

Итак, полагаю у вас есть необходимый опыт и знания, вы умеете работать с высокими напряжениями и четко понимаете что делаете.

Приступим...

В рамках данной доработки я поставил перед собой две цели:

  1. Улучшить естественное охлаждение транзисторов - заменить радиатор;
  2. Уменьшить общий шум устройства, хотя бы при низких нагрузках ("пошаманить" с вентилятором).

Полностью отключать и тем более выбрасывать вентилятор я не планировал.

На просторах интернета раньше встречал видео, где человек переделывал первую версию UTP3315TFL, выбросив вентилятор и на его площадке сзади прикрутив большой радиатор от компьютерного процессора.

Решение с отключением и исключением вентилятора считаю ошибочным - в подкрепление данной мысли приведу весьма весомые аргументы и объясню почему так.

Подбор и замена теплоотвода

В качестве претендентов на роль нового теплоотвода для блока питания Uni-T UTP3315TFL-II я выбрал несколько массивных радиаторов от микропроцессоров для компьютера.

Радиаторы от микропроцессоров для компьютера, выбор для охлаждения двух транзисторов D1047

Рис. 10. Радиаторы от микропроцессоров для компьютера, выбор для охлаждения двух транзисторов D1047.

Первый радиатор - обладает толстой подкладкой и достаточно большим количеством ребер, а также он компактный по высоте (от подкладки к кончикам ребер). Второй - имеет менее массивную подкладку, но за счет более длинных ребер он выше по высоте.

Третий радиатор - пожалуй самый мощный, от микропроцессора фирмы AMD. Он имеет массивную дугообразную подкладку, множество расположенных плотно друг возле дружки ребер и соответственно много большую высоту.

Четвертый радиатор - в виде алюминиевого цветка с множеством лепестков и ядром из меди. За счет конструкции имеет большую площадь рассеивания тепла, но его минус в том что подкладка из меди круглая и на ней не достаточно места чтобы уместить два транзистора в корпусе TO-3PB.

Вот пример сравнения родного радиатора от БП и одного из теплоотводов к микропроцессору ПК:

Транзисторы D1047 и родной радиатор блока питания Uni-T UTP3315TFL-II, а также радиатор от компьютерного ЦП

Рис. 11. Транзисторы D1047 и родной радиатор блока питания Uni-T UTP3315TFL-II, а также радиатор от компьютерного ЦП.

Не сложно заметить что площадь рассеивания тепла у показанного на фото радиатора от компьютера (не самого большого) в разы больше чем в оригинального теплоотвода из блока питания.

Первым делом рука потянулась к самому массивному радиатору с дугообразной подкладкой, про такие из-за массивности и суровости говорят в народе: "радиатор от танка".

Места между вентилятором и трансформатором для этого радиатора не хватит, поэтому я увидел другой вариант размещения его в корпусе БП:

Макет размещения мощного радиатора от процессора AMD в корпусе блока питания вместе с родным теплоотводом

Рис. 12. Макет размещения мощного радиатора от процессора AMD в корпусе блока питания вместе с родным теплоотводом.

Прикидываем размещение транзисторов на мощном радиаторе в корпусе источника питания Uni-T

Рис. 13. Прикидываем размещение транзисторов на мощном радиаторе в корпусе источника питания Uni-T.

Для сборки макета и временного его крепления к верхней планке я использовал скотч.

Плюсы такого комплексного радиатора и его положения:

  1. Значительная площадь для рассеивания тепла;
  2. Использование родного радиатора для охлаждения всей радиаторной конструкции прямым потоком воздуха через вентилятор.

Минусы:

  1. Неудобство крепления, ненадежность и нестойкость конструкции;
  2. Отсутствие теплового контакта радиатора с металлическим дном, что могло бы способствовать некоторому дополнительному охлаждению трансформатора.

Крепить такой радиатор к верхней соединительной планке действительно проблематично, поскольку чтобы корректно и плотно оделся П-образный кожух корпуса, сверху этой планки не должно быть никаких выступов (гаек и головок винтов).

Придется сверлить отверстия под "потай", а поскольку пластина достаточно тонкая, то крепление такой массивной конструкции будет не достаточно жестким и надежным.

Решил прикинуть другие возможные варианты, один из которых мне показался наиболее рациональным и эффективным:

Второй вариант улучшенного радиатора для силовых транзисторов источника питания Uni-T UTP3315TFL-II

Рис. 14. Второй вариант улучшенного радиатора для силовых транзисторов источника питания Uni-T UTP3315TFL-II.

Свободное пространство по сторонам во втором варианте радиатора для источника питания UTP3315TFL-II

Рис. 15. Свободное пространство по сторонам во втором варианте радиатора для источника питания UTP3315TFL-II.

В этом варианте родной радиатор также будет прикреплен как дополнительный и будет расположен практически напротив оси вентилятора.

Большой радиатор будет прикреплен к металлическому дну, по бокам у радиатора останется достаточно свободного места для циркуляции воздуха.

Крепление радиатора к корпусу получится простое и надежное - парочки винтов будет достаточно. Транзисторы будут закреплены по центру радиатора, со стороны вентилятора. Получится хороший обдув теплоотвода, при этом сохранится достаточная вентиляция силового трансформатора.

Можно приступать к работе.

Первым делом нужно было почистить накопившийся в радиаторе от ПК мусор. Для этого я применил влажную салфетку - изогнул ее пополам и помещая сторону сгиба в каждый промежуток между ребрами выполнил по несколько движений с натяжкой.

Очистка процессорного радиатора от ПК от пыли и мусора с помощью влажной салфетки

Рис. 16. Очистка процессорного радиатора от ПК от пыли и мусора с помощью влажной салфетки.

После того как была очищена основная скопившаяся масса пыли, я отнес радиатор в ванную комнату и промыл его под напором воды.

Вот что получилось за несколько минут работы:

Радиатора от микропроцессора ПК после очистки от скопившейся пыли

Рис. 17. Радиатора от микропроцессора ПК после очистки от скопившейся пыли.

Теперь предстояло скрепить два радиатора вместе, для этого предстояло просверлить два отверстия диаметром 4мм (под винт 3мм) в родном радиаторе.

Измерив толщину подкладки процессорного радиатора и поделив значение на два я получил размер отступа от края для отверстий в радиаторе от ИП.

Наметка отверстий для крепления радиатора от UTP3315TFL-II к большому радиатору

Рис. 17. Наметка отверстий для крепления радиатора от UTP3315TFL-II к большому радиатору.

Просверлив отверстия в родном (меньшем) радиаторе я приложил его к большому, зафиксировал кусочками скотча и тем же сверлом через отверстия наметил точки для сверления в большом радиаторе.

Сверление отверстий в радиаторе от компьютера я выполнял сверлом диаметром 2.5мм. После этого, с помощью метчика диаметром 3мм была нарезана резьба.

Нарезка резьбы 3мм в алюминиевом радиаторе от компьютерного ЦПУ

Рис. 17. Нарезка резьбы 3мм в алюминиевом радиаторе от компьютерного ЦПУ.

Чтобы радиатор не был деформирован и поцарапан, я зажал его в тиски подложив по бокам две деревянные планки. Для более плавной нарезки, перед каждой процедурой я смазывал метчик небольшим кусочком пищевого масла.

Таким образом получились два отверстия с резьбой для крепления родного радиатора от блока питания.

С обратной стороны по бокам просверлил еще два отверстия и нарезал резьбу под винт 3мм - с помощью их радиатор будет крепиться к металлическому дну блока питания.

Осталось соединить два радиатора в один. Для улучшения тепловой связи я применил немножко термопасты:

Соединение радиаторов для блока питания через термопасту

Рис. 18. Соединение радиаторов для блока питания через термопасту.

Транзисторы было решено крепить с той же платкой что была изначально, только их выводы пришлось немного выпрямить. В таком виде прикинул наиболее удачное размещение на установленном в корпусе радиаторе - решил ставить платку со стороны переключателя напряжений.

Также наметил на каком расстоянии в радиаторе сверлить отверстия с резьбой под винт на 3мм. Получилось вот так:

Новый радиатор для транзисторов блока питания Uni-T в сборе

Рис. 19. Новый радиатор для транзисторов блока питания Uni-T в сборе.

Останется в днище блока питания просверлить два отверстия под крепление нового радиатора. Но как точно угадать размеры и расположение, играться с линейкой?

Я прибегнул к способу, который меня уже не раз выручал при креплении разных деталей, например он помог с креплением конденсатора переменной емкости (КПЕ) в статье про регенеративный батарейный радиоприемник на лампе 2К2М.

Основа метода - изготовление простенького трафарета для поверхности устройства, которое должно быть закреплено на какой-то детали или шасси.

Для этого прикладываем к поверхности крепления радиатора небольшой кусочек бумаги (я использовал бумажный стикер), оборачиваем им периметр поверхности, с помощью карандаша и небольшого усилия прорисовываем на поверхности листика отверстия для крепления.

Изготовление трафарета поверхности радиатора для планирования и разметки крепления на шасси

Рис. 20. Изготовление трафарета поверхности радиатора для планирования и разметки крепления на шасси.

Здесь я обошелся даже без карандаша - просто немного усилия пальцами и трафарет получил нужный отпечаток с отверстиями. Осталось вырезать трафарет с помощью ножниц.

Трафарет для разметки отверстий крепления теплоотвода готов

Рис. 21. Трафарет для разметки отверстий крепления теплоотвода готов.

Разместив радиатор в корпусе устройства так как он должен быть установлен, я иголочкой очертил его периметр на металлическом днище блока питания.

После этого взял изготовленный трафарет и стороной с которой вдавливал отверстия (рисовали карандашом) приложил его ко дну устройства где начерчен периметр радиатора.

Выровнял трафарет чтобы все соответствовало разметке, прижал с двух сторон пальцами одной руки и второй с помощью ножа с заостренным кончиком наметил отверстия для сверления.

Трафарет выполнил свою функцию. Были просверлены отверстия и подобраны винты на 3мм. Но прежде чем окончательно закрепить радиатор нужно еще разобраться с вентилятором.

Режим работы вентилятора, уменьшаем шум

Прежде чем приступить к "шаманству" со скоростью вентилятора я решил сделать еще одно небольшое но значимое улучшение, которое мне знакомо еще со времен старых компьютеров и позволяет немного снизить общий шум от работы вентилятора в блоке питания.

Дело в том, что в недорогих БП не заморачивались с отверстием для вентиляции и его просто вырезали в корпусе, таким образом поступающий с вентилятора перпендикулярно направленный к шасси воздух будет цепляться за эти пластинки между прорезями для вентиляции и создавать излишний шум.

Так же само сделано и в этом лабораторном блоке питания. В более дорогих БП для брендовых компьютеров и серверов можно было видеть что окошко вентиляции в корпусе полностью вырезано и закрыто небольшой специальной решоточкой круглой формы.

Я нашел такую решеточку и решил установить ее в блок питания, при этом вырезав ту часть задней крышки корпуса, которая отвечает за вентиляцию.

Вентиляционная решетка для замены шумных отверстий в задней стенке блока питания

Рис. 22. Вентиляционная решетка для замены шумных отверстий в задней стенке блока питания.

Управление скоростью вентилятора я изначально планировал сделать в трех режимах:

  1. Полная мощность (24В);
  2. Тихий режим (5-12В, подобрать);
  3. Полностью отключен.

Для реализации можно было использовать имеющийся у меня переключатель на три положения, который перекидывает две группы контактов и имеет среднее положение в котором никакие из групп контактов не соединены.

Но прежде я решил поэкспериментировать с напряжением вентилятора и послушать насколько он шумен при разных значениях и при разном прогоняемого им потоке воздуха.

Для этого я отключил коннектор вентилятора от платы управления, и подключил его временно для теста к выходу этого же блока питания.

Потребляемый куллером блока питания Uni-T ток при разном напряжении

Рис. 23. Потребляемый куллером блока питания Uni-T ток при разном напряжении.

При напряжении 6В вентилятора практически не слышно, к тому же он обеспечивает некоторый поток воздуха, что уже неплохо. При питании 9В работу вентилятора уже можно заметно слышать даже на некотором расстоянии от устройства, а при 24В - самолет идет на взлет )).

Поскольку при +6В работу вентилятора практически не слышно и он выполняет свою функцию, то я решил исключить режим с полностью выключенным вентилятором (потом я убедился что это верное решение) и оставить только два режима:

  1. Полная мощность  (+24В);
  2. Тихий режим (+6В).

Для получения напряжения +6В из +24 решил использовать интегральный стабилизатор L7806 в корпусе TO-220, поскольку маломощный вариант в корпусе TO-92 быстро разогреется при таком падении напряжения и может просто выйти из строя.

Для переключения режимов применил старенький переключатель МТ-1:

Миниатюрный переключатель типа МТ-1

Рис. 24. Миниатюрный переключатель типа МТ-1.

С вырезкой отверстия поступил просто - мощными кусачками перекусил четыре перемычки и выдавил решетку наружу. Оставалось лишь обрезать остатки перемычек на корпусе, но я решил их не убирать, а просто закруглить с помощью напильника.

Чтобы опилки не попали в разъемы и по возможности вообще в корпус прибора - использовал строительный скотч и листок бумаги формата А4:

Вырезанная решетка вентиляционного отверстия и подготовка к обработке напильником

Рис. 25. Вырезанная решетка вентиляционного отверстия и подготовка к обработке напильником.

После обработки сразу же просверлил отверстие под переключатель МТ-1 и закрепил его, вот что вышло:

Решетка вентиляции блока питания вырезана, остатки перемычек закруглены

Рис. 26. Решетка вентиляции блока питания вырезана, остатки перемычек закруглены.

Задняя стенка блока питания с улучшенной системой вентиляции

Рис. 27. Задняя стенка блока питания с улучшенной системой вентиляции.

Теперь нужно разобраться со схемой переключения режимов работы вентилятора. Я понимал что при понижении напряжения с +24В до +6В и при токе 33мА тепловыделение на микросхеме L7806 может быть не малым, но возможно удастся обойтись без крепления ее на радиатор.

Чтобы проверить это - подключил микросхему к блоку питания и разъему вентилятора:

Тестирование работы куллера и микросхемы L7806 при понижении напряжения с +24В до +6В

Рис. 28. Тестирование работы куллера и микросхемы L7806 при понижении напряжения с +24В до +6В.

Тест показал что в таком режиме работы микросхему L7806 без радиатора оставлять не желательно - она очень быстро нагрелась до 60°C и температура продолжала расти.

В качестве теплоотвода для микросхемы можно использовать собранный ранее радиатор для транзисторов, просверлив сбоку него еще одно отверстие, но я решил прикрутить микросхему к верхней металлической планке корпуса блока питания - для данной нагрузки такого теплоотвода будет вполне достаточно.

Все что нужно для изолированного крепления микросхемы L7806 в корпусе TO-220

Рис. 29. Все что нужно для изолированного крепления микросхемы L7806 в корпусе TO-220.

Для крепления будет использован винт под потай, изоляционная термопрокладка, кусочек кембрика для изоляции внутри отверстия корпуса чипа, а также две шайбочки (одна из изоляционного материала) и гаечка на 2.5мм.

Принцип крепления показан на фото, думаю тут все понятно:

Крепление микросхемы L7806 на перегородку в корпусе блока питания Uni-T UTP3315TFL-II

Рис. 30. Крепление микросхемы L7806 на перегородку в корпусе блока питания Uni-T UTP3315TFL-II.

Схема переключения режимов работы вентилятора получилась очень простой:

 Принципиальная схема переключателя режимов работы 24-вольтового вентилятора - низкие и полные обороты 

Рис. 31. Принципиальная схема переключателя режимов работы 24-вольтового вентилятора - низкие и полные обороты.

В том положении переключателя 2-1, напряжение +24В пойдет через стабилизатор U1 и понизится до +6В, потом оно пройдет через диод D1 и поступит на моторчик вентилятора M1 - получим стабильные низкие обороты вращения вентилятора.

При переключении в позицию 2-3 напряжение +24В пойдет прямо на моторчик M1, также оно пойдет на диод D1 но не пройдет через него - это защитит внутреннюю схему U1 от поступления обратного напряжения, микросхема не будет потреблять тока.

Схема переключателя режимов работы 24-вольтового вентилятора в собранном виде

Рис. 32. Схема переключателя режимов работы 24-вольтового вентилятора в собранном виде.

Несколько нагрузочных тестов

Для оценки нагрева внутренних компонентов блока питания в тихом режиме работы вентилятора и при разном уровне нагрузки решил использовать мощные проволочные резисторы.

Выбрал 4 резистора сопротивлением 1 Ом и мощностью 10 Ватт, для их охлаждения решил применить два оставшихся радиатора от процессоров. Общее сопротивление последовательным соединением получилось примерно 4 Ома (±4%).

Проволочные резисторы мощностью С5-16-10Вт и сопротивлением 1 Ом с радиаторами

Рис. 33. Проволочные резисторы мощностью С5-16-10Вт и сопротивлением 1 Ом с радиаторами.

Итак, резисторы с радиаторами собрал в "бутерброд" и подключил их к блоку питания. Включил тихий режим работы вентилятора (с питанием мотора от +6В), включил БП и выставил ток примерно 1.5 Ампера, напряжение при таком сопротивление нагрузки получилось равным 6.2 Вольта.

Потребляемая нагрузкой мощность при таких значениях напряжения и тока:

P = I * U = 1.5A * 6.2V =  9.3W.

Посмотрим как будут себя вести радиатор и трансформатор.

Бутерброд из проволочных резисторов с радиаторами нагружает лабораторный блок питания Uni-T с низкими оборотами вентилятора

Рис. 34. "Бутерброд" из проволочных резисторов с радиаторами нагружает лабораторный блок питания Uni-T с низкими оборотами вентилятора.

Прошло 20 минут времени, радиатор достаточно сильно нагрелся - примерно до 50 градусов. Также заметно нагрелось железо силового трансформатора.

Думаю при токе 2-3 Амперах в нагрузке и при малом напряжении трансформатор уже будет греться очень сильно! Вот почему из этого устройства ни в коем случае нельзя исключать или отключать куллер - корпус миниатюрный, все продумано с расчетом обдува не только радиатора для транзисторов, но и для активного охлаждения силового трансформатора, который в этом действительно нуждается.

Решил снизить ток до 1А и одеть кожух на устройство, поскольку с ним поток воздуха будет уверенно циркулировать и обдувать как трансформатор, так и радиатор с транзисторами.

Тест ЛБП Uni-T UTP3315TFL-II с переделанной системой охлаждения и низкими оборотами вентилятора

Рис. 35. Тест ЛБП Uni-T UTP3315TFL-II с переделанной системой охлаждения и низкими оборотами вентилятора.

После 20 минут работы с такой нагрузкой температура радиатора значительно снизилась, железо трансформатора также немного остыло но все же оставалось тепленьким.

Потом увеличил ток примерно до тех же 1.4-1.5 Ампера - нагрев с одетой крышкой оказался ниже, но все еще значительным. Скорее всего в тихом режиме вентилятора делать нагрузку еще большей не стоит.

Решил подключить нагрузку с более высоким напряжением - старенький паяльник на 36В:

Нагрузочный тест источника питания Uni-T с доработанной системой охлаждения и при низких оборотах вентилятора

Рис. 36. Нагрузочный тест источника питания Uni-T с доработанной системой охлаждения и при низких оборотах вентилятора.

Потребляемая паяльником мощность при напряжении 31.27V и токе 0.58A:

P = I * U = 0.58A * 31.27V =  18W.

Мощность нагрузки по сравнению с первым тестом на резисторах с током 1.5А возросла примерно в два раза!

При этом, после 20 минут работы с низкими оборотами вентилятора температура радиатора и трансформатора значительно снизились - они остыли после предыдущих тестов с малым напряжением и большим током.

Ну и напоследок решил потратить энергию на правое дело, а вернее накопить ее там где немножко поубавилось - зарядить аккумуляторную батарею на напряжение 12В и емкостью 7А*Ч от CSB (такие стоят в UPS'ах и еще много где).

Зарядка аккумулятора на 12В с помощью источника питания Uni-T UTP3315TFL-II

Рис. 37. Зарядка аккумулятора на 12В с помощью источника питания Uni-T UTP3315TFL-II.

Ток заряда выставил примерно 0.4 Ампера - для такого аккумулятора это немного, пусть понемножку набирается силы.

После нескольких часов работы радиатор транзисторов и трансформатор блока питания оставались слегка тепленькими, никакого значительного нагрева, а тем более перегрева не наблюдалось.

Выводы и рекомендации

В режиме с низкими оборотами вентилятора блок питания работает очень тихо - его практически не слышно. Некоторый шум, вернее гул слышен потому что внутри работает трансформатор и БП стоит на крышке большого стола. Подложив под блок питания парочку книг вибрация перестала передаваться на стол - звук работы блока питания вообще исчез.

Для себя сделал вывод что в тихом режиме работы куллера нагружать блок питания токами свыше 1-1,5А не стоит, лучше переключить в "шумный" заводской режим - так будет все надежно и безопасно, тем более при длительных по времени больших нагрузках.

Тихий режим работы особенно полезен при экспериментах с микроконтроллерами, для длительной заряда аккумуляторов, питания разной самодельной маломощной электроники, небольших радио и связных устройств и т.п.

Доработку считаю успешной, результат мне понравился.

Учитывая конструкция устройства и вентиляционный дизайн, рекомендую раз в несколько месяцев выполнять профилактическое продувание внутренностей от пыли.

Уровень засорения пылью зависит от чистоты в помещении где будет выполняться эксплуатация устройства, поэтому действуйте на свое усмотрение.

В инструкции на прибор сказано что важно держать свободным по бокам пространство не менее 10см от корпуса блока питания - оно и не удивительно, учитывая вентиляционный дизайн к боковым отверстиям должен быть свободный доступ воздуха.

В завершение

Инструкция к источникам питания UTP3315TFL-II и UTP3313TFL-II: 

Страница 1 - рисунок JPG   Страница 2 - рисунок JPG.

Что я могу сказать в завершение о данном аппарате после доработки:

  • Компактный;
  • Качественный внутренний дизайн;
  • Защита от КЗ и перегрузки;
  • В большинстве случаев теперь тихий;
  • Мне нравится ).

Подобная доработка может быть проделана и на других недорогих трансформаторных источниках питания, только перед этим нужно внимательно изучить внутренности аппарата и рекомендации производителя по эксплуатации, оценить нагрев компонентов...ну а дальше приступать уверенно и с аккуратностью к модификации.

Всем качественного питания и хорошего настроения!

1 289 Железо