Зарядное устройство «MasterWatt 12-24В 35А 3-режимное»: устройство и ремонт.

Здравствуйте уважаемые, друзья, коллеги и просто читатели.
Пару недель назад, закончил ремонт данного устройства.
И так в мои руки попало 3х режимное электронное З/У — MasterWatt 12-24В 35А, предназначенное для заряда различных аккумуляторов на 12/24В емкостью от 7 до 500А*ч.
Устройство 2015года, но где-то еще продается хоть и какбы снято с производства в пользу более совершенных изделий.

Причиной поломки – стало нарушение правил эксплуатации.
по описанию друга, заряжали фуру на улице, в вечернее время, в пасмурную погоду, где-то выше скопился конденсат, и потом пролился на устройство,… произошел хлопок, после чего устройство перестало работать и включатся.

Собственно, если не включается, то однозначно открываем, смотрим и изучаем проблему!
Открываю и вижу на плате, группу из шести сожжённых резисторов, номинал которых идентифицировать было невозможно, поскольку невидно было цветовой кодировки их номиналов.
К сожалению фотографии приложить не могу так как ранее их удалил в фотоаппарате по ошибке.

Но не суть.
Первое, что меня удивило и оттолкнуло от этого устройства, это хаотический монтаж и радиолюбительская компоновка устройства изнутри, которое тем не менее является коммерческим продуктом.
И так из косяков:
1. На плате, нет шелкографии. Что уже само по себе создает проблемы для ремонта сторонним мастером, даже при наличии схемы.
2. Передняя панель и все ее элементы индикации и управления (светодиоды, тумблер, потенциометр), подключены к плате пайкой, проводами одного цвета и без маркировки. Здесь создается впечатление, что автор этого художества вообще не знает про существование разъемов. Потому чтобы отсоединить переднюю панель надо проделать кучу дурной работы, на отпайку и маркировку проводов.
3. Судя по одному ключевому транзистору, там был реализован либо обратноход либо прямоход, что мощностях в 960Ватт, неэффективно. До разборки ожидал увидеть какой-то полумост, или LLC, но там другое…
4. К сети 220В, устройство подключается двухжильным шнуром. Т.е. банально отсутствует заземление, а учитывая то, что пользуются им автомобилисты, пользуются в сырых гаражах, сам корпус не имеет влагозащиты. То очень может быть и несчастный случай, когда из-за влаги напряжение сети может найти «лазейку» во вторичную цепь.

Изучать этот хаос, настроения не было, от слова совсем.
Потому я пытался найти любой способ уклонится от этой участи. Попытался поискать в сети информацию на данное З/У, включая схему, но нашел не густо:
1. Место где можно купить..
2. Официальный сайт производителя, где представлена целая линейка подобный устройств.
3. Форум, на котором как раз рассматривалось подобное устройство.

Первое, что я хотел, это узнать номиналы спаленных резисторов.
На официальном сайте в форме обратной связи я запросил информацию по номиналу снабберных резисторов или схему целиком, чтобы не тратить время на изучение этого устройства. Но мне ответили звонким молчанием…

Тогда, я пошел другими.
Изучая фотографии с обзора внутренностей, расположенных здесь, мы видим вот что:


Может, я чтото не понимаю, или не различаю, но по всем кодировкам там 270 Ом! Для снаббера вроде как маловато, но я подумал, что там возможно не обратноход, а иная топология реализована. Схему я еще не знал. Потому запросил у друга подобное устройство, от тогоже производителя. К счастью оказалось, что у него более новая версия подобного устройства БОТ-60.


Внутри зарядка скомпонована также, как и рассматриваемая модель, с теми же «болячками» по части безопасности. Устройство также подключено шнуром без заземления! Видать автор решил раз устройство в пластиковом корпусе то ни каких проблем с безопасностью не будет.

В общем более новая модель З/У выглядит вот так:


Немного лучше более старой модели, но в целом все тоже самое.
Ну собственно я сюда залез чтобы глянуть какие они используют резисторы в снабберной цепи
Тут мы видим резисторы на 100Ом! Я же нечего не путаю?


Там 100Ом и точка.
Таким образом я решил, что в ремонтируемом устройстве всеже 270Ом, потому надо покупать эти шесть 3х ватных резисторов по 270 Ом. Так и сделал, и заменил их.
Уже походу пайки заметил, что рядом стоящий высоковольтный кондер треснут:


Заменил и его.

Также были проверены: сетевой диодный мост и силовой ключ по первички – они оказались целыми.
Включил устройство в сеть.
Оно запустилось в режим ожидания. Все хорошо подумал я… но…
У этих устройств этот режим настроен своеобразно, он не позволяет запустится преобразователю на 100%, а лишь на какую-то мизерную долю мощности, просто слышно прощелкивание реле, и мигание светодиода. И только когда подключают аккумулятор, то производится запуск в полную мощность схемы и заряд батареи.

Аккумулятора не было, и потому чтобы инициировать пуск, я взял электролит на 4700мкФ, зарядил его напряжением на 11В, и подключил к клеммам З/У. После этого устройство включилось, зашумел вентилятор, засветилось табло амперметра. Казалось бы все заработало на 100%, за исключением тех злополучных резисторов которые я впаял. Они за считанные секунды начали дымить. Тут пришлось экстренно выключать устройство из сети…

В хороших устройствах для этого предусмотрен тумблер или включатель «СЕТЬ», но не в этом замечательном устройстве. Наверное автор посчитал, что электронного пуска будет достаточно, для его безопасной эксплуатации и решил «сэкономить». Но реальная ситуация, у меня при пуско-наладке авария, надо отключить быстро, а электронное отключение не работает, что делать?! Для экстренного выключения этого устройства предусмотрен только один вариант – быстро выдернуть вилку с розетки 220В! Это какая-то злостная халтура, от производителя. И самое дурное, что он их такими выпускает годами в том числе и сейчас. Это сильный косяк в конструкции данного З/У.

Короче пришлось ломать голову в чем проблема.
Долго ломать голову не стал.
Ибо не знаешь, что делать со устройством, тем паче если схемы нет, то… – рисуем схему как есть по образцу!
У меня уже приличный в этом деле опыт. Но когда, я взялся за это З/У, то долго плевался, и даже периодически забрасывал работу с ним.
Как писалось выше:
— шелкографии нет,
— все замазано желтым лаком (возможно мебельным потому прозванивать цепи неудобно, надо снимать лак),
— проводки от панели управления подключены в разных и мнгочисленных местах, в том числе используются как перемычки для перехода из одного участка схемы к другому.
— отсоединить панель нельзя (можно, но очень муторно).

Пришлось делать фотографии с разных ракурсов, и на них наносить хоть какие-то обозначения компонентов.
В sPlane эта работа выглядела так:



Для упрощения работы пришлось раскидать по разным страницам эти фрагменты схем.
Потом на отдельной схеме, все это объединить в одну общую схему, произвести упрощения схемы и получилось так:


Естественно возможны ошибки или неточности, все-же устройство собрано в худших традициях радиолюбительства. Но в целом меня больше интересовала высоковольтная часть, устройства:


Я предположил, что номинал в 270Ом для резисторов R1-7 маловат.
Решил глянуть осциллографом какая мощность выделяется на этих резисторах в режиме ХХ и заряд аккумулятора (к тому времени его подвезли для испытаний 100А/12V). Поскольку со стороны компонентов тесно, пришлось с тыльной стороны напаять штифты из медного провода:


И так в режиме ХХ, в режиме ожидания, на группе резисторов R1-6
Имеем:


При действующем DeltaU = 24.39 и суммарном сопротивлении 270/6 = 45 Ом, выделяемая мощность составляла уже целых 13.2 Вт!

При подключении же аккумулятора и установки тока заряда в 11А, буквально на краткое время, на сек. 5 (иначе резисторы сгорят), получаем теперь такую картину:


Удручающая картинка.
Теперь при действующем DeltaU = 83.43В и суммарном сопротивлении 270/6 = 45 Ом, выделяемая мощность составляла уже запредельные 155 Вт!

Получается на обратном ходе преобразователя, где то половина запасенной энергии трансом просто сливается в эти резисторы.
Я начал гуглить и изучать номиналы сопротивлений в снабберной цепи мощных обратноходов и понял что я ошибся порядком, если не двумя. Потому предположил, что сопротивление этих резисторов должно быть на два порядка выше — 27.0 кОм, немедленно пошел покупать эти резисторы. В магазине были только на 24кОм… взял на пробу и такие.
Затем срезал с платы уже почерневшие от моих экспериментов 270 Ом резюки, а новые подпаял навесным монтажом, с тыльной стороны на медном монолитном проводе сечением 1.5кв.мм.


Теперь при включении З/У даже в режиме ожидания как-то более живее выглядело, под нагрузкой на резисторах прекратилось выделятся тепло. К сожалению, я забыл снять осциллограммы с резисторов при новых номиналах. Меня больше интересовало нету ли опасных напряжений на ключевом транзисторе VT1. А вот на нем я снял осцилограмму.
И так при зарядном токе 6.3А:

Вполне себе нормальная эпюра напряжений без иголок и сильного звона.
При большей нагрузке в 16А тоже самое:


Для 900В IGBT ключа это ниочем. В общем на том и решил проблему с резюками.

По идее спаленные резисторы снаббера, не могли быть причиной не включения З/У.
И только на испытаниях я нашел еще одну поломку. Оказалось, что потенциометр регулирования тока, в некоторых участках имел выработку, к тому же его залило водой, отчего он подкис. Этот же потенциометр используется для электронного отключения устройства. Если вывести его в крайнее левое положения «0А» зарядного тока, то устройство переходит в режим ожидания. Полностью его можно отключить только вынув вилку из розетки, о чем я писал выше. Барахления этого потенциометра может также приводить к отключению.
Заменил на новый и проблема ушла.

Что еще не понравилось при испытаниях, это погрешность измерения тока. Наиболее она высокая на низких зарядных токах:


При больших токах «точность» улучшается:


Амперметр имеет такую грубую точность, по той причине, что в качестве шунта используется выходной транзистор VT200, который используется для защиты от переполюсовки. Очевидно, что автор заложил в прошивку амперметра линейную зависимость падения напряжения от тока отчего и получил такой косяк. И никакая калибровка тут не поможет. Амперметр сзади панели:

За бесполезностью данного узла, по причине предельно грубой точности, его схему даже не стал срисовывать.

На том и прекратил все работы, запаял нормально резисторы R1-6 аккуратно отмыл канифоль, собрал закрыл. Поставил заряжать аккум на пол часа. Все хорошо, отдал и выдохнул. Не люблю иметь дело с непродуманными и небрежно изготовленными изделиями.
При срисовывании схемы приходилось растворителем чистить плату от мусора и лака, особенно с поверхностей транзисторов чтобы можно было прочитать надписи и их идентифицировать. Так и тут не без сюрпризов вышло, резисторы используемые в этом устройстве, были покрашены краской, которая легко снималась одно протиркой ватного шарика смоченного 647 растворителем. Пришлось очень аккуратно удалять лак, чтобы не утратить информацию по номиналам резисторов иначе придется потом туго. С таким сталкиваюсь впервые, обычно все резисторы с цветным кодом покрыты краской не чувствительной к растворителю 647.
Выводы.
1. По зарядному устройству.
Сама идея производить З/У с аналоговым управлением на дискретных элементах (в разрезе дефицита микроконтроллеров), заслуживает однозначного одобрения. Такую схему всегда можно относительно легко отремонтировать, не требуется ни какой, возни с программируемыми контроллерами и т.д.
Очевидно, что инженер проектирующий это изделие исходил из минимальной сложности, даже жертвой КПД.
Смелым и необычным вышло решение использовать обратноходовую топологию при мощности изделия в 950Вт, обычно при таких мощностях используют полумоствые и квазирезонансные схемы.
Существенными недостатками явилось следующее:
— Отсутствие заземления в питающем кабеле и вилки. Делает эксплуатацию данного изделия потенциально опасным во влажных помещениях, гаражах, при зарядке на улице, (именно, так его и эксплуатируют основные пользователи, в гаражах и на открытых ремонтных площадках – водители машин и ремонтники).
— Отсутствие тумблера или рокерного выключателя сети, т.е. отсутствует аппаратное выключение устройства.
— Грубая точность измерения тока, которая ухудшается кратно на низких токах. Тоже может преподнести ненужные проблемы с маломощными аккумуляторами на 7-50А.
— Путаница индикации выбранных режимов с соответствующей позицией трехпозиционного тумблера выбора режима.

По части же технологичности сборки, здесь полный бардак.
Очевидно, что сборка каждого такого изделия это 100% ручной и кропотливый труд. Каждое такое изделие обходится производителю «потом и кровью» (вручную вытравленные и просверленные платы, кисточкой нанесенный мебельный лак, монтаж элементов без шелкографии, хаотическое подключение панели управления одноцветными проводками без маркировки, прямо к выводам элементов схемы и т.д.).
Как по мне это неоправданно трудоемкая сборка. Трудоемкое же и обслуживание, выглядит вся эта работа, как-то криво и небрежно. Этого можно было бы и избежать при более грамотном конструировании устройства.

Из полученного, опыта можно отметить лишь то, что улучшил методику построения принципиальной схемы по образцу платы в случае отсутствия шелкографии или хаотизации монтажа.

Полученный опыт позволил более уверенно, изучать схемы промышленного БП от Power-One, где пришлось изучать схему модуля управления драйвера полумоста квазирезонансного преобразователя, выполненной на керамической плате:

Если кому интересно то схема и расшифровка назначения пинов этого модуля тут.

Ссылка на принципиальную схему рассматриваемого З/У (sPlan7) с черновиками тут.