Zasilacz impulsowy 36V DC – skaczące napięcie 20-30V bez obciążenia, diagnostyka Mean Well, TL431, ESR

Pytanie

Zasilacz 36V DC Po podpięciu zasilania do zasilacza bez obciążenia pojawia się napięcie na wyjściu zasilacza, napięcie skacze od 20 do 30V

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

– Typowy zasilacz impulsowy 36 V może wymagać minimalnego obciążenia lub mieć uszkodzone elementy filtrujące/feedbacku.
– Spróbuj podłączyć niewielkie, stałe obciążenie (np. rezystor 680 Ω ÷ 1 kΩ / ≥ 5 W). Jeżeli napięcie się ustabilizuje – brak obciążenia jest przyczyną.
– Jeżeli wahania pozostaną, prawdopodobnie wyschnięte kondensatory wyjściowe, podwyższony ESR lub uszkodzona pętla sprzężenia zwrotnego (TL431, transoptor) powodują oscylacje.

Szczegółowa analiza problemu

1. Charakterystyka zasilacza impulsowego (SMPS)
   • Najczęściej spotykana topologia flyback 85-265 VAC → 36 VDC.
   • Stabilizacja odbywa się przez TL431 + transoptor, które korygują wypełnienie PWM.
   • Przy braku odbioru mocy kontroler przechodzi w tryb burst/hiccup – pojawiają się pakiety impulsów, między którymi napięcie „zapada się”.
   • Zbyt wysoki ESR kondensatorów lub przerwa w pętli feedbacku powodują, że amplituda tych zapadów rośnie (obserwowane 20-30 V).

2. Scenariusze awarii
   a) Brak minimalnego obciążenia: specyfikacja wielu zasilaczy 36 V/3-5 A określa min. ~5 % In (150-250 mA). Bez tego regulator „łapie rezonans”.
   b) Kondensatory wyjściowe: 220-470 µF/50-63 V Low-ESR. Wzrost ESR >0,2 Ω skutkuje niestabilną pracą pętli.
   c) Kondensator VCC kontrolera (22-47 µF/50 V) – jeśli „traci” pojemność, kontroler sam się resetuje (cykanie, szerokie skoki napięcia).
   d) Feedback: • TL431 – zmiana Idyn → błędne próbkowanie • transoptor – spadek CTR • dzielnik rezystorowy – rezystory SMD pęknięte termicznie.
   e) Zimne luty, pęknięte ścieżki, zwłaszcza przy radiatorach i masywnych diodach Schottky’ego.

3. Diagnostyka krokowa

   1. Wizualna inspekcja PCB (wybrzuszone/eliptyczne kondensatory, przebarwienia).
   2. Test z rezystorem 1 kΩ/5 W (≈1,3 W przy 36 V). Jeśli wyjście ustabilizuje się na 35-37 V – problem = brak obciążenia → dołożenie bleeder-resistora 1-2 kΩ lub modernizacja SMPS (RC snubber, inny kontroler).
   3. Pomiar ESR kondensatorów (miernik LC/ESR in-circuit) – >0,2 Ω kwalifikuje do wymiany.
   4. Pomiary oscyloskopem: a) linia 36 V – pakiety impulsów, częstotliwość 20-200 Hz sugeruje burst. b) VCC kontrolera – oscylacje 10-20 V → uszkodzony C VCC.
   5. Wylutowanie i pomiar dzielnika TL431 (Rup, Rdown). Różnice >2 % od nominalnych przy 36 V wyjściowym destabilizują pętlę.
   6. Jeśli elementy OK, sprawdzić kontroler PWM (np. UC3842, NCP1200, TNY-x4x). Podmiana na nowy układ to szybka weryfikacja.

4. Teoria regulacji
   • Nadmierny phase-shift wynikający z wysokiego ESR przesuwa zapas fazy pętli w okolice 0°, co skutkuje oscylacją.
   • Brak obciążenia zmniejsza prąd równorzędny z prądem magnesowania transformatora → kontroler przechodzi w discontinuous conduction mode (DCM), co dodatkowo utrudnia stabilizację.

5. Praktyczne zastosowania
   • Dodanie bleeder-resistora 1-1,5 kΩ/5 W w aplikacjach, gdzie zasilacz bywa długo „idle”.
   • Modernizacja starego zasilacza: kondensatory Low-ESR 105 °C, zamiana TL431 na dokładniejszy AZ431, transoptor klasy CT1019.
   • W krytycznych systemach (sterowniki silników BLDC 36 V) zaleca się wbudowany DC-DC buck 36 → 5 V, który sam tworzy obciążenie minimalne.

Aktualne informacje i trendy

– Dyrektywa UE CoC Tier 2 (2021) wymusza <0,15 W standby – nowoczesne kontrolery (ICE5QR, HR1211) osiągają stabilny 36 V bez obciążenia dzięki valley-switching i dynamicznej regulacji próbkowania.
– Producenci (Mean Well XLG-36-*) deklarują ripple <5 % już od 0 A – rozwiązując historyczny problem minimalnego obciążenia.
– Zwiększona popularność kondensatorów polimerowych (SP-CAP, POSCAP) o niskim ESR <10 mΩ wydłuża żywotność SMPS w e-bike’ach i narzędziach 36 V.

Wspierające wyjaśnienia i detale

– Analogia: pętla sprzężenia zwrotnego jest jak kierowca samochodu – z opóźnionym wzrokiem (TL431) i zużytymi amortyzatorami (kondensatory). Gdy droga (obciążenie) jest pusta, najmniejsze bujnięcie powoduje wężykowanie. Dodanie obciążenia to jak dociążenie bagażnikiem – auto jedzie prosto.
– Wzór na rezystor obciążenia:
\[ R{min} = \frac{U{OUT}}{I{min}} \]
przy typowym \(I_{min}=30\text{ mA}\) → \(R\{min}= \frac{36\text{ V}}{0{,}03\text{ A}} \approx 1{,}2 k\Omega\).

Aspekty etyczne i prawne

– Praca przy otwartym SMPS naraża na 325 VDC po stronie pierwotnej – zachować procedurę LOTO, rękawice ESD i izolowany stół.
– W UE naprawiany zasilacz musi spełniać LVD 2014/35/EU oraz normy emisji EN 55032/35; po wymianie elementów pomiar EMI jest wymagany w urządzeniach seryjnych.
– Od 2023 r. WEEE/ROHS zobowiązuje do recyklingu wymienianych kondensatorów jako odpad B2B.

Praktyczne wskazówki

1. Zawsze rozładuj kondensatory pierwotne (<30 V) rezystorem 10 kΩ/2 W.
2. Mierz ESR „na zimno”; podgrzanie hot-air może chwilowo poprawić parametry i wprowadzić w błąd.
3. Przy wymianie C_out stosuj ≥105 °C, ripple-current ≥2,5 A oraz \(\tan\delta\) <0,1.
4. Po naprawie sprawdź:
   • Ripple Vrpp (oscyloskop AC, BW 20 MHz) <1 % Uout.
   • Test step-load 0 %→25 % In – overshoot <10 %.
5. Jeśli brak części – można dodać zewnętrzny DC-DC buck-boost 36 → Ucel zamiast naprawy wewnętrznej, ale traci się sprawność.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

– Możliwy błąd pomiaru: multimetr o powolnym próbkowaniu pokazuje uśrednione wahnięcia; rzeczywisty zakres może być większy.
– Niektóre stare zasilacze celowo obniżają napięcie bez obciążenia do 60-70 % nominalnego, jednak 20-30 V przy 36 V znamionowych to zbyt duży spadek.
– Jeśli transformator ma zwarcie międzyzwojowe, objawy pod obciążeniem będą drastyczne (spadek do kilku V) – tu mamy wahania, więc trafostan raczej OK.

Sugestie dalszych badań

– Analiza impedancji wyjściowej SMPS metodą FRA (frequency response analysis) w celu dobrania kompensacji sieci \(R_C\) przy TL431.
– Implementacja kontrolera QR-flyback z funkcją zero-load regulation (np. PI Qspeed, Infineon ICE5).
– Zastosowanie kondensatorów polimerowych 47-100 µF + MLCC 10 µF w równoległym banku dla wyeliminowania ESL.
– Weryfikacja wpływu temperatury (komora 0-60 °C) na stabilność pętli.

Krótkie podsumowanie

Skoki 20-30 V na wyjściu 36 VDC bez obciążenia są typowym symptomem:
1) braku minimalnego obciążenia w klasycznych flybackach, lub
2) degradacji kondensatorów/elementów pętli sprzężenia zwrotnego.
Prosty test z rezystorem ≥680 Ω wskaże, czy problem leży w obciążeniu. Przy braku poprawy wymień kondensatory wyjściowe i VCC, oraz sprawdź TL431 i transoptor. Po przywróceniu niskiego ESR i prawidłowego feedbacku zasilacz powinien utrzymywać stabilne 36 V w pełnym zakresie obciążenia.