Forwarder 1kW: открытый киловаттный лабораторный SMPS с реальными измерениями
Часовая работа на полной мощности дала 89.1% КПД, 94 mVpp пульсаций и 75 °C на наиболее горячем силовом MOSFET. Forwarder 1kW публикует схему, PCB и магнитные детали киловаттного сетевого источника с аналоговым CC/CV-управлением. Ценность проекта определяется границей между измеренным тепловым режимом и пока нерешёнными защитой, PFC и EMC.
Forwarder 1kW — открытый модуль лабораторного источника питания мощностью до 1 kW, для которого опубликованы KiCad-проект, Gerber-файлы, схема, BOM, фотографии и осциллограммы нагрузочных испытаний. Автор использовал полумостовую топологию с контроллером SG3525, аналоговой обвязкой на LM324 и самодельной магнитикой: силовым трансформатором ETD49, выходным дросселем и трансформатором управления затворами. Аппаратная документация распространяется по CERN Open Hardware Licence v2 Permissive.
Вход рассчитан на 190–240 VAC. Выходная часть допускает конфигурации от заявленных 40 V / 25 A до 400 V / 2.5 A; в подробном авторском отчёте фигурирует испытанная версия 50 V / 20 A. Для задания напряжения и тока предусмотрены два аналоговых входа 0–2.5 V, для внешней индикации — аналоговые выходы мониторинга того же диапазона. Отдельный вход PS_EN отключает силовой каскад, предусмотрены сигнал режима стабилизации тока и управление вентилятором. Такой набор интерфейсов позволяет вынести пользовательскую панель, ЦАП или внешний контроллер за пределы высоковольтной части.
Нагрузочный стенд собран вокруг электролизной ванны, способной рассеивать до 1 kW. Входную мощность автор измерял розеточным ваттметром, температуры контролировали четыре датчика DS18B20, форму сигнала и пульсации снимали осциллографом Hantek DSO2D10. После часа при полной нагрузке наиболее горячий N-канальный MOSFET достиг 75 °C, главный трансформатор — 55 °C, выходной выпрямитель — 69 °C, выходной дроссель — 44 °C. Указанный КПД на максимальной мощности составил 89.1%; максимальное значение 90.3% получено при 50 V / 10 A.
Пульсации на полной нагрузке составили 94 mVpp. Методика для этой цифры существенна: применялись щуп ×1, пружинный контакт земли, полоса осциллографа 20 MHz и отсутствовал дополнительный выходной конденсатор. Результат характеризует именно собранный модуль и его компоновку, однако входной бытовой ваттметр не обеспечивает метрологической прослеживаемости измерения КПД.
Автор фиксирует несколько ограничений, которые для киловаттного БП определяют дальнейшую доработку. Токовая защита срабатывает медленнее желаемого, петля компенсации теряет устойчивость на границе DCM и CCM, а также в части сценариев короткого замыкания. Замена выходных диодов осложнена механической компоновкой. В текущей ревизии отсутствует активный PFC; измерения проводимых и излучаемых помех с LISN также не опубликованы. Поэтому опубликованные тепловые результаты подтверждают работоспособность конкретного стенда, но не заменяют проверки электробезопасности, коэффициента мощности и EMC для сетевого прибора.
Проект интересен полнотой инженерного следа: доступны исходные файлы, параметры магнитных компонентов, осциллограммы и перечень обнаруженных проблем. Для устройств с входом 190–240 VAC, выходом до 400 V DC и энергией киловаттного уровня именно эти детали отделяют демонстрацию мощности от воспроизводимой силовой платформы.