Rev Author Line No. Line
3639 miho 1 <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
2 <html>
3 <head>
4 <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8">
5 <title> NTPI2EU </title>
6 <meta name="keywords" content="spínaný napájecí zdroj NTPI2EU adaptér">
7 <meta name="description" content="Popis a parametry spínaného napájecího zdroje NTPI2EU">
8 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Head.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
9 <link rel="StyleSheet" href="../../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB základní styl">
10 <link rel="StyleSheet" href="../../../../../Web/CSS/MLAB_Print.css" type="text/css" media="print">
11 <link rel="shortcut icon" type="image/x-icon" href="../../../../../Web/PIC/MLAB.ico">
12 <script type="text/javascript" src="../../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script>
13 <!-- AUTOINCLUDE END -->
14 </head>
15  
16 <body lang="cs">
17  
18 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Header.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
19 <!-- ============== HLAVICKA ============== -->
20 <div class="Header">
21 <script type="text/javascript">
22 <!--
23 SetRelativePath("../../../../../");
24 DrawHeader();
25 // -->
26 </script>
27 <noscript>
28 <p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>
29 </noscript>
30 </div>
31 <!-- AUTOINCLUDE END -->
32  
33 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Menu.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
34 <!-- ============== MENU ============== -->
35 <div class="Menu">
36 <script type="text/javascript">
37 <!--
38 SetRelativePath("../../../../../");
39 DrawMenu();
40 // -->
41 </script>
42 <noscript>
43 <p><b> Pro zobrazení (vložení) menu je potřeba JavaScript </b></p>
44 </noscript>
45 </div>
46 <!-- AUTOINCLUDE END -->
47  
48 <!-- ============== TEXT ============== -->
49 <div class="Text">
50 <p class="Title">
51 Zdroj NTPI2EU ze setkání v ČB
52 </p>
53 <p class=Autor>
54 Milan Horkel
55 </p>
56 <p class="Subtitle">
57 Na letošním tradičním setkání radioamatérů v Českých Budějovicích se
58 objevilo větší množství stejných napájecích zdrojů. Tak jsem jeden
59 rozlousknul, abych zjistil, co jsou vlastně zač. Jsou to maličké
60 lehoučké a úsporné zdroje 9V/500mA založené na obvodu LNK625DG od firmy
61 Power Integrations.
62 </p>
63 <p class="Subtitle">
64 <img width="355" height="284" src="NTPI2EU.cs_soubory/image001.jpg"
65 alt="Obrázek zdroje">
66 <img width="409" height="284" src="NTPI2EU.cs_soubory/image002.jpg"
67 alt="Detail štítku s údaji">
68 </p>
69 <p>
70 <a href="../NTPI2EU.cs.pdf"><img class="NoBorder"
71 src="../../../../../Web/PIC/FileIco_PDF.ico"
72 alt="Acrobat">&nbsp;PDF verze</a>
73 </p>
74  
75 <h1> Technické parametry </h1>
76  
77 <table>
78 <tr>
79 <th> Parametr </th>
80 <th> Hodnota </th>
81 <th> Poznámka </th>
82 </tr>
83 <tr>
84 <td> Vstupní napětí </td>
85 <td> 100-240Vac 50-60Hz 200mA </td>
86 <td> Hodnota ze štítku </td>
87 </tr>
88 <tr>
89 <td> Výstupní napětí </td>
90 <td> 9Vdc 500mA </td>
91 <td> Hodnota ze štítku </td>
92 </tr>
93 <tr>
94 <td> Účinnost </td>
95 <td> 82% </td>
96 <td> Změřeno při nominální zátěži </td>
97 </tr>
98 <tr>
99 <td> Spotřeba naprázdno </td>
100 <td> 86mW </td>
101 <td> Změřeno při 230Vac </td>
102 </tr>
103 <tr>
104 <td> Rozměry </td>
105 <td> 50 x 72 x 28mm <br>
106 50 x 35 x 28mm </td>
107 <td> Bez kabelu <br>
108 Bez kabelu a vidlice </td>
109 </tr>
110 <tr>
111 <td> Hmotnost </td>
112 <td> 57g </td>
113 <td> Zváženo včetně kabelu </td>
114 </tr>
115 </table>
116  
117 <h1> Úvod </h1>
118  
119 <p>
120 Různých malých spínaných napájecích zdrojů je dnes všude spousta. Od
121 úplně mizerných nabíječek na mobily, až po docela solidní výrobky.
122 Tento zdroj se zařazuje spíše do druhé skupiny.
123 </p>
124  
125 <h1> Rozebrání </h1>
126  
127 <p>
128 Zdroj bydlí v malinké zástrčce se dvěma kolíky. Bohužel je krabička
129 zalepená. Na takové krabičky platí jediné. Velká sekera a pořádné
130 kladivo. Krabičku zdroje položíme na svěrák, nebo jiný kus železa, se
131 shora přiložíme ostří sekyry přesně na drážku lepeného spoje a
132 kladívkem středně razantně kleneme do sekyry. Když správně odhadneme
133 úder, krabička povolí přesně v lepeném spoji aniž by se nějak zásadně
134 poškodila.
135 </p>
136  
137 <p>
138 <img width="472" height="358" src="NTPI2EU.cs_soubory/image003.jpg"
139 alt="Nástroje pro rozebrání zdroje">
140 </p>
141  
142 <p>
143 Ještě jednou z druhé strany a jsme uvnitř. Podívejme se na to.
144 </p>
145  
146 <p>
147 <img width="472" height="342" src="NTPI2EU.cs_soubory/image004.jpg"
148 alt="Rozberaný zdroj">
149 </p>
150  
151 <h1> Schéma </h1>
152  
153 <p>
154 Zdroj je postaven na obvodu Power Integrations LNK625DG, což je obvod v
155 malém SOIC pouzdru se 7 vývody (jeden je vynechaný kvůli izolační
156 vzdálenosti) a umožňuje realizaci spínaného zdroje napájeného přímo ze
157 sítě s výstupním výkonem do cca 8W.
158 </p>
159  
160 <p>
161 <img width="913" height="521" src="NTPI2EU.cs_soubory/image005.png"
162 alt="Schéma zdroje">
163 </p>
164  
165 <p>
166 Zdroj je zapojen víceméně podle doporučení výrobce. Odpor RF1 slouží
167 pro omezení proudu při zapnutí (nabíjení kondenzátoru C1) a v případě
168 havárie zdroje jako pojistka. Varistor RV1 omezuje špičkové přepětí ze
169 síťové strany na přijatelnou hodnotu cca 750V. Následuje dvoucestný
170 můstkový usměrňovač BD1 a první filtrační kondenzátor C1. Pro potlačení
171 rušení (ze zdroje i do zdroje) slouží dvojice tlumivek L1 a L2.
172 Tlumivka L2 má paralelně připojený rezistor R10, který tlumí vlastní
173 rezonanci tlumivky (způsobenou indukčností tlumivky s kapacitou mezi
174 závity tlumivky). Následuje druhý filtrační kondenzátor C2. Na tomto
175 kondenzátoru je v provozu stejnosměrné napětí 140V až 340V.
176 </p>
177  
178 <p>
179 Toto velké stejnosměrné napětí se tranzistorem FET (součástí obvodu U1)
180 seká do primárního vinutí transformátoru T1. Frekvence je 100kHz. Při
181 rozepínání tranzistoru se na (rozptylové) indukčnosti primárního vynutí
182 transformátoru indukuje teoreticky neomezené napětí, které by mohlo
183 prorazit spínací tranzistor v obvodu U1. Proto jsou tyto přepěťové
184 špičky přes sériový rezistor R3 a diodu D1 usměrněny do kondenzátoru C3
185 a odtud je tato nechtěná energie spálena v rezistoru R2. Ztráty tohoto
186 obvodu jsou celkem nepatrné (miliwatty). Tranzistor v obvodu U1 vydrží
187 maximálně 700V.
188 </p>
189  
190 <p>
191 Na sekundární straně transformátoru je jednocestný usměrňovač s diodou
192 D3 a filtračním kondenzátorem C7. Obvod R8 a C6 slouží jako odrušovací
193 člen (spínačích špiček rychlé usměrňovací diody) a R9 zajistí vybití
194 výstupního kondenzátoru do několika sekund po vypnutí zdroje.
195 </p>
196  
197 <p>
198 Největší ztráty ve zdroji jsou v U1 (asi 10%) a ve výstupní usměrňovací
199 diodě D3 (hlavně při nízkých výstupních napětích). Celková účinnost je
200 cca 80% (230V vstup, 9V/500mA výstup).
201 </p>
202  
203 <p>
204 Zpětná vazba zdroje se bere z pomocného vynutí a přes dělič R4/R6 je
205 přivedena na zpětnovazební vstup U1. Obvod U1 udržuje na vstupu FB
206 napětí 1.86V. Díky těsné (magnetické) vazbě výstupních vinutí
207 transformátoru je stabilita výstupního napětí přijatelná (cca 5%). Není
208 zde tedy žádný optron pro přenos signálu mezi nízkovoltovým výstupem a
209 síťovou částí.
210 </p>
211  
212 <p>
213 Pomocný obvod D2/C5/R7/C4 zlepšuje spotřebu naprázdno (dle výrobce
214 obvodu U1 cca 140mW). Na vývodu BP je vyvedeno vnitřní napájecí napětí
215 obvodu U1 (což je cca 6V), které si obvod na začátku vyrábí (sráží) z
216 vysokého napětí na D. Toto neefektivní srážení napětí se deaktivuje,
217 jakmile je obvod napájen z pomocného zdroje ze sekundárního vinutí.
218 </p>
219  
220 <p>
221 Orientace vinutí je na schématu označena tečkou.
222 </p>
223  
224 <p>
225 Obvod LNK625DG je komplexní součástkou pro realizaci malých úsporných
226 napájecích zdrojů. Níže uvedený obrázek z katalogu výrobce zobrazuje
227 vnitřní blokové schéma.
228 </p>
229  
230 <p>
231 <img width="802" height="510" src="NTPI2EU.cs_soubory/image006.png"
232 alt="Blokové schém obvodu LNK625">
233 </p>
234  
235 <h1> Osazení a vnitřní provedení </h1>
236  
237 <p>
238 Deska je opatřena potiskem a tak je snadné se na ní orientovat. Vpravo
239 dole je můstkový usměrňovač, vpravo nahoře je řídící obvod zdroje.
240 Sekundární nízkonapěťová část je vlevo od bílé čáry.
241 </p>
242  
243 <p>
244 <img width="452" height="355" src="NTPI2EU.cs_soubory/image007.jpg"
245 alt="Deska spojů - strana spojů">
246 </p>
247  
248 <p>
249 Straně součástek dominuje transformátor a v pravé horní části varistor.
250 Opět je zde orientační potisk. Výstupní kabel je zajištěn pružným
251 tmelem aby nebyl namáhán spoj s deskou.
252 </p>
253  
254 <p>
255 <img width="489" height="360" src="NTPI2EU.cs_soubory/image008.jpg"
256 alt="Deska spojů - strana součástek">
257 </p>
258  
259 <h1> Naměřené parametry zdroje </h1>
260  
261 <p>
262 Šedivá je teorie, reálný skutečnost je mnohem barevnější.
263 </p>
264  
265 <h2> Základní parametry </h2>
266  
267 <table>
268 <tr>
269 <th> Parametr </th>
270 <th> Hodnota </th>
271 <th> Poznámka </th>
272 </tr>
273 <tr>
274 <td> Příkon naprázdno </td>
275 <td> 86mW </td>
276 <td> Napájení 230V AC </td>
277 </tr>
278 <tr>
279 <td> Oteplení naprázdno </td>
280 <td> +1°C (z 22°C na 23°C, studený) </td>
281 <td> Vodorovně v zásuvce </td>
282 </tr>
283 <tr>
284 <td> Oteplení při zátěži </td>
285 <td> +19°C (z 22°C na 41°C, vlažný) </td>
286 <td> Vodorovně v zásuvce, zátěž 20Ω </td>
287 </tr>
288 <tr>
289 <td> Účinnost při jmenovité zátěži </td>
290 <td> 82% </td>
291 <td> Zátěž 500mA </td>
292 </tr>
293 <tr>
294 <td> Výstupní napětí </td>
295 <td> 9.60V / 9.32V / 9.00V </td>
296 <td> 0mA / 50mA / 500mA </td>
297 </tr>
298 <tr>
299 <td> Zvlnění napětí </td>
300 <td> 200mVpp </td>
301 <td> Nezávisí na zátěži </td>
302 </tr>
303 </table>
304  
305 <h2> Zatěžovací charakteristika </h2>
306  
307 <p>
308 Zatěžovací charakteristika zobrazuje závislost výstupního napětí na
309 konci kabelu na zatěžovacím proudu. Ze sklonu křivky vyplývá vnitřní
310 odpor zdroje přibližně 0.6Ω na konci kabelu (odpor kabelu je cca 0.4Ω).
311 Regulace napětí (bez zpětnovazebního optronu) je vynikající.
312 </p>
313  
314 <img width="524" height="321" src="NTPI2EU.cs_soubory/image009.png"
315 alt="Zatěžovací charakteristika zdroje">
316  
317 <table>
318 <tr>
319 <th> mA </th>
320 <th> V </th>
321 </tr>
322 <tr>
323 <td> 0 </td>
324 <td> 9.60 </td>
325 </tr>
326 <tr>
327 <td> 50 </td>
328 <td> 9.32 </td>
329 </tr>
330 <tr>
331 <td> 100 </td>
332 <td> 9.25 </td>
333 </tr>
334 <tr>
335 <td> 200 </td>
336 <td> 9.16 </td>
337 </tr>
338 <tr>
339 <td> 300 </td>
340 <td> 9.11 </td>
341 </tr>
342 <tr>
343 <td> 400 </td>
344 <td> 9.06 </td>
345 </tr>
346 <tr>
347 <td> 500 </td>
348 <td> 9.00 </td>
349 </tr>
350 <tr>
351 <td> 600 </td>
352 <td> 8.93 </td>
353 </tr>
354 <tr>
355 <td> 700 </td>
356 <td> 8.85 </td>
357 </tr>
358 <tr>
359 <td> 800 </td>
360 <td> 8.80 </td>
361 </tr>
362 <tr>
363 <td> 900 </td>
364 <td> 8.78 </td>
365 </tr>
366 <tr>
367 <td> 1000 </td>
368 <td> 8.15 </td>
369 </tr>
370 <tr>
371 <td> 1030 </td>
372 <td> 6.80 </td>
373 </tr>
374 </table>
375  
376 <p>
377 Při zatěžovacím proudu nad asi 900mA začíná působit nadproudová ochrana
378 zdroje. Při zkratu je pak proud mnohem menší, obvod přejde do režimu
379 automatického restartu a opakovaně se pokouší nastartovat. Kromě této
380 ochrany má obvod i tepelnou ochranu.
381 </p>
382  
383 <h2> Zvlnění výstupního napětí </h2>
384  
385 <p>
386 <img width="320" height="240" src="NTPI2EU.cs_soubory/image010.png"
387 alt="Zvlnění na výstupu zdroje">
388 </p>
389  
390 <p>
391 Zobrazený průběh výstupního napětí je sejmutý při jmenovité zátěži. Je
392 zde pěkně vidět, že zdroj má základní kmitočet 100KHz, ale občas
393 vynechává cykly. Při menší zátěži vynechává mnohem víc. Toto chování
394 regulačního algoritmu přispívá ke zmenšení ztrát při malé zátěži, ale
395 má také za následek to, že v závislosti na zátěži (hlavně malé) zdroj
396 trochu píská či šustí. Tedy nic do ložnice.
397 </p>
398  
399 <p>
400 Zvlnění výstupního napětí je prakticky nezávislé na zátěži a činí cca
401 200mVpp (špička-špička). To je dostačující pro digitální techniku.
402 Zdroj je určen pro nenáročné číslicové systémy a protože má malý výkon
403 a tak si výrobce mohl dovolit na výstupu filtraci jen kondenzátorem. U
404 větších zdrojů je tam vždy π-článek (C-L-C), který řádově zlepší
405 čistotu výstupního napětí.
406 </p>
407  
408 <h2> Změna zátěže </h2>
409  
410 <p>
411 Žádný spínaný zdroj není perfektní z hlediska regulace výstupního
412 napětí při skokové změně zátěže. Spínací tranzistor dobou sepnutí
413 určuje kolik se naakumuluje energie do transformátoru a po jeho
414 rozepnutí se tato energie přelije do výstupního filtru. Když se mezitím
415 radikálně změní zátěž, už s tím nic nenadělá.
416 </p>
417  
418 <p>
419 Pro náš zdroj je (poněkud nečekaně) nejhorší situace při přechodu z
420 nulové zátěže na plnou zátěž (500mA). Dochází zde k většímu či menšímu
421 propadu výstupního napětí v závislosti na tom, kdy k připojení zátěže
422 došlo vzhledem k vnitřnímu pracovnímu cyklu obvodu. Pokles činí až 1.5V
423 pod nominální výstupní napětí.
424 </p>
425  
426 <p>
427 <img width="320" height="240" src="NTPI2EU.cs_soubory/image011.png"
428 alt="Odezva zdroje při zatížení">
429 <img width="320" height="240" src="NTPI2EU.cs_soubory/image012.png"
430 alt="Odezva zdroje při zatížení">
431 </p>
432  
433 <p>
434 Situace se zlepší, když měříme výstup při změně zatížení 100mA na
435 500mA. Při skokovém odlehčení z 500mA na 100mA vidíme nepatrný překmit
436 regulační smyčky. Překmit je asi stejně velký, jako zvlnění na výstupu.
437 </p>
438  
439 <p>
440 <img width="320" height="240" src="NTPI2EU.cs_soubory/image013.png"
441 alt="Odezva zdroje při zatížení">
442 <img width="320" height="240" src="NTPI2EU.cs_soubory/image014.png"
443 alt="Odezva zdroje při odlehčení">
444 </p>
445  
446 <p>
447 Odlehčení zdroje z 500mA na 0mA neprodukuje žádný překmit. Asi je tím,
448 že na výstupu není filtr s tlumivkou.
449 </p>
450  
451 <p>
452 <img width="320" height="240" src="NTPI2EU.cs_soubory/image015.png"
453 alt="Odezva zdroje při odlehčení">
454 </p>
455  
456 <p>
457 Průběhy spínání a rozpínání jsou poněkud zubaté, protože jsem zátěž
458 spínal a rozpínal mechanickým mikrospínačem, což není ideální.
459 </p>
460  
461 <h1> Úprava na jiné napětí </h1>
462  
463 <p>
464 Výstupní kondenzátor je dimenzovaný na 16V, lze tedy výstupní napětí
465 posunout až na cca 12V, nebo naopak snížit napětí třeba na 5V. Při
466 nižším napětí je třeba zmenšit i zatěžovací rezistor R9 (2k7), jinak
467 bude napětí naprázdno příliš velké. Výstupní napětí je dáno poměrem
468 zpětnovazebních odporů R4 (12k72) a R6 (1k8).
469 </p>
470  
471 <p>
472 U<sub>out</sub> = 1.1 x (R4 + R6) / R6
473 </p>
474  
475 <table>
476 <tr>
477 <th> Napětí </th>
478 <th> R4 </th>
479 <th> R6 </th>
480 <th> Úprava </th>
481 <th> Poznámka </th>
482 </tr>
483 <tr>
484 <td> 5V </td>
485 <td> 12k72 || <i>15k</i> </td>
486 <td> 1k8 </td>
487 <td> K R4 paralelně 15k </td>
488 <td> K R9 (2k7) paralelně <i>1k5</i> </td>
489 </tr>
490 <tr>
491 <td> 9V </td>
492 <td> 12k72 </td>
493 <td> 1k8 </td>
494 <td> Tovární hodnoty </td>
495 <td> &nbsp; </td>
496 </tr>
497 <tr>
498 <td> 12V </td>
499 <td> 12k72 </td>
500 <td> 1k8 || <i>5k6</i> </td>
501 <td> K R6 paralelně 5k6 </td>
502 <td> &nbsp; </td>
503 </tr>
504 </table>
505  
506 </div>
507  
508 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Footer.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
509 <!-- ============== PATIČKA ============== -->
510 <div class="Footer">
511 <script type="text/javascript">
512 <!--
513 SetRelativePath("../../");
514 DrawFooter();
515 // -->
516 </script>
517 <noscript>
518 <p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>
519 </noscript>
520 </div>
521 <!-- AUTOINCLUDE END -->
522  
523 </body>
524 </html>