Практически любой лабораторный блок питания привязан к розетке. Это не проблема, пока работа ведётся за рабочим столом. Но как только возникает необходимость выехать на объект, протестировать автомобильную электронику или запитать устройство вдали от сети, обычный лабораторный блок питания превращается в бесполезную коробку.
Мне захотелось объединить сразу несколько устройств в одном корпусе:
-
полноценный лабораторный блок питания;
-
аккумулятор большой ёмкости;
-
Power Delivery 140 Вт для зарядки ноутбуков и другой техники;
-
возможность зарядки самой батареи через USB Type-C.
Так появился этот проект.
Что хотелось получить
Перед началом проектирования я сформулировал несколько требований.
Во-первых, устройство должно быть полностью автономным.
Во-вторых, необходимо обеспечить большую выходную мощность.
В-третьих, хотелось отказаться от громоздких сетевых источников питания.
И наконец, устройство должно заряжаться современным способом — через USB Type-C с поддержкой Power Delivery.
Выбор силовой части
В качестве регулируемого источника питания был выбран RD6030.
Причин несколько.
Во-первых, он способен отдавать ток до 30 А.
Во-вторых, имеет удобный интерфейс управления.
В-третьих, производитель заявляет крайне низкий уровень пульсаций.
Именно последнее заявление и захотелось проверить экспериментально.
Почему аккумулятор, а не сетевой блок питания
Для получения минимального уровня шумов обычно используют дорогие лабораторные источники питания.
Однако даже качественные модели обладают остаточными пульсациями.
Аккумуляторная батарея лишена этой проблемы.
Фактически она представляет собой практически идеальный источник постоянного напряжения.
Поэтому вместо покупки дорогостоящего лабораторного источника питания было решено использовать аккумуляторную сборку.
Аккумуляторная батарея
Основой устройства стала батарея 5S6P из элементов 21700 ёмкостью 5000 мА·ч.
За безопасность отвечает BMS на 100 А.
Для зарядки используется двунаправленный модуль Power Delivery мощностью 140 Вт.
Таким образом один разъём USB Type-C выполняет сразу две функции:
-
зарядка батареи;
-
работа устройства как мощного повербанка.
Проектирование корпуса
Самой трудоёмкой частью проекта оказалось вовсе не проектирование электрической схемы, а создание корпуса.
Хотелось получить конструкцию, которая:
-
собирается без люфтов;
-
не требует большого количества крепежа;
-
легко разбирается;
-
выдерживает вес устройства.
В результате удалось сделать корпус, в котором крышка удерживает почти четырёхкилограммовый блок питания без дополнительных винтов.
Кроме того, RD6030 можно снять без инструмента — достаточно вставить пластиковую карту в специальные пазы.
Охлаждение
Несмотря на высокую эффективность преобразователей, при зарядке мощностью около 130 Вт выделяется заметное количество тепла.
Для контроля температуры были установлены датчики:
-
батареи;
-
платы BMS;
-
платы Power Delivery.
Дополнительно предусмотрен принудительный обдув.
Испытания показали, что наиболее горячим элементом оказался именно модуль Power Delivery.
Во время длительной зарядки его температура достигала примерно 100 °C.
При этом температура аккумуляторов практически не изменилась.
Проверка пульсаций
Отдельный интерес представляла проверка заявленного уровня пульсаций RD6030.
При измерениях выяснилось интересное обстоятельство.
Даже при отключённом щупе осциллограф показывал около 265 мВ.
После подключения к выходу блока питания значение практически не изменилось.
Под нагрузкой ситуация также осталась прежней.
Измерения показали, что основную роль здесь играет не сам источник питания, а уровень электромагнитных помех окружающей среды и особенности методики измерения.
Поэтому любые заявления о «нулевых пульсациях» требуют крайне аккуратной интерпретации.
Несколько практических советов
Во время сборки обнаружилось несколько нюансов.
Первое — порядок подключения BMS.
Подключать её необходимо в следующей последовательности:
-
Общий минус.
-
Балансировочные выводы B1–B4.
-
B+.
-
Общий плюс.
Нарушение этой последовательности способно вывести плату защиты из строя.
Второй важный момент касается проводов.
В проекте использованы разные сечения:
-
AWG14 — силовые цепи;
-
AWG16 — модуль Power Delivery;
-
AWG18 — балансировочные линии.
При этом толстые провода выполняют не только функцию передачи тока, но и дополнительно отводят тепло от силовых компонентов.
Итоги
В результате получился полностью автономный лабораторный блок питания, который сочетает функции регулируемого источника питания и мощного повербанка с поддержкой USB Power Delivery 140 Вт.
Проект ещё можно дорабатывать. Например, улучшить охлаждение модуля Power Delivery или добавить дополнительные функции управления. Но уже сейчас устройство полностью решает задачи, ради которых оно создавалось.
Все CAD-модели корпуса, список комплектующих и материалы проекта доступны в открытом доступе.
Как всегда снял для Вас видео с подробным разбором:
ссылка на оригинал статьи https://habr.com/ru/articles/1060490/