Плата для цифрового линейного БП 50 Вольт 10 Ампер от Gandf

Не так давно я обещал, что будет обзор, где я расскажу как добавить цифровое управление для плат линейного блока питания. Выполняя обещание выкладываю сегодня как обзор самой платы, так и некоторые чертежи, схему, прошивку, ну и совсем для гурманов — исходники.


Начать наверное стоит с того, что данная плата, а точнее устройство которое можно собрать на её базе, фактически является дополнением к электронной нагрузке от того же автора. По нагрузке у меня есть целая серия обзоров, да и сама она появляется почти во всех обзорах блоков питания, а иногда и в обзорах аккумуляторов.
Данные устройства не только очень сходны по характеристикам — максимальное напряжение в 50 Вольт и ток 10 Ампер у БП и 5-15 У нагрузки, но и в плане схемотехники.
Прежде всего отмечу то, что оба устройства простые схемотехнически и доступны для повторения даже относительно начинающему пользователю, причем я знаю точно, что после обзора электронной нагрузки мало того что ее повторили некоторые читатели, так еще один даже смог модернизировать прошивку (за что ему огромное спасибо).

Но обо всем я расскажу в ходе обзора, а пока пару слов об упаковке.
Покупалась плата вместе с контроллером на нагрузки Sousim, о котором я рассказывал ранее. Коробка вышла реально большая, я даже как-то не ожидал.
При этом, общий вес составил 222 грамма, вес двух заказов 114, а тот комплект что в данном обзоре вообще крохотные 20 грамм. Думаю что такой набор можно брать в довесок к чему нибудь :)


Комплект был упакован в маленький пакетик, все что вы видели выше — упаковка магазина.


В состав входит:
Печатная плата
Набор постоянных резисторов
Подстроечный резистор
Дроссель.
Перемычка?


Да, набор очень скромный, кроме того на странице продавца что-то писалось насчет качественных конденсаторов 223, которых в комплекте не было.
Перечислю номиналы резисторов:
100 Ом — 2шт
220 Ом — 1шт
1 кОм — 4шт
4.7 кОм — 7шт
10 кОм — 6шт
39 кОм — 1шт
82 кОм — 1шт
100 кОм — 1шт
200 кОм — 3шт
3 МОм — 2шт

Почти все резисторы имеют точность 1%, об этом говорит как то, что они имеют в конце маркировки коричневую полосу, так и мои измерения. Единственный номинал, который был обычным — 3МОм.

Подстроечный резистор 20 кОм и дроссель 100 мкГн


Выше я в составе комплекта указал еще перемычку. На самом деле это резистор, а точнее проволочный шунт.
На странице товара есть фото, где показано что в комплекте должен быть еще резистор 0.1 Ома, сопротивление проволочки также около 90мОм, что примерно совпадает.
Но есть одна, а точнее даже две проблемы:
1. По схеме и на плате было указано что шунт должен быть 20мОм.
2. Даже при шунте 20мОм на нем рассеивается до 2 Ватт, а на шунте в 0.1 Ома будут все 10.

В итоге проволочку я отложил в сторонку, а проблему буду решать другими способами, но об этом позже.


Печатная плата изготовлена довольно аккуратно, единственно что мне не очень понравилось, местами маленькие «пятачки».


Хотя в процессе выплыла и еще одна проблема, не совсем правильное подключение токоизмерительного шунта. Напряжение снимается не именно с него, а и с части дорожек, а медь имеет не очень низкий ТКС и может влиять на результат при нагреве, особенно при больших токах.
Лучше или продублировать силовые дорожки проводом большого сечения или немного изменить подключение измерительной цепи.


Плата имеет шелкографию, где подписаны не только позиционные обозначения компонентов, а и их номиналы, причем последнее куда важнее, так как по большей части я ориентировался именно на них.
Также на плате есть информация о разработчике, собственно о указанном выше Gandf.


Я искал для обзора трассировку в каком нибудь нормальном формате, но увы, смог найти только в таком варианте. Но если есть время и желание, то думаю что ее вполне реально перевести в тот же lay.


Размеры платы составляют 87х60 мм и сделано это не просто так, данные размеры полностью совпадают с размерами дисплея 1604, конечно полностью совпадают и крепежные отверстия. Точно также было сделано и с платой электронной нагрузки, только там был дисплей 2004 и размеры платы чуть больше.


А вот со схемой вышло одновременно проще и сложнее.
Проще потому, что их найти проще, а сложнее из-за того, что их мало того что несколько, так они еще и не очень похожи на ту, что в обзоре. Например был вариант с упрощенным подключением силового транзистора.
Вернее даже не так, схема совпадает с платой, не все позиционные обозначения компонентов совпадают и нумерация выводов ОУ.
Я нашел самую похожую, впрочем ее хватает для сборки.


Дальше будет несколько нудных этапов сборки, потому часть из них я спрячу под спойлер.


Получившийся в итоге модуль управления. Вверху дисплей удерживается разъемом, внизу поставил стойки.


Для управления используются энкодеры с кнопкой, я еще перед китайским Новым годом заказал пять штук и их даже успели отправить так, что получил я их в конце февраля. Но вот дисплей продавец отправил уже после праздников, собственно его и не хватало для завершения обзора. Можно было конечно купить в оффлайне, но обычно это дороже, а кроме того скорее всего был бы обычный Winstar у которого подсветка очень много потребляет.
В процессе экспериментов я пробовал OLED, но почему-то из-за него у меня слетала прошивка контроллера…


Подключение энкодеров есть на китайском форуме.


Но мне по сути достаточно было знать где общий провод, а где провод кнопки. В крайнем случае перепаял бы пару контактов самого энкодера.
В итоге все совпало сразу, даже сразу было понятно какой энкодер регулирует ток и какой напряжение.
На фото видно, что к каждому энкодеру идет четыре провода.
Напряжение
Черный — общий
Зеленый и желтый — энкодер
Синий — кнопка

Ток
Черный — общий
Зеленый и желтый — энкодер
Красный — кнопка

Средний контакт энкодера соединен с одним из выводов кнопки.


Осталось подключить все к силовому модулю. Я не буду расписывать все, так как полное подключение силового модуля показано в недавнем обзоре комплекте 60 Вольт 20 Ампер. В данном же случае я использовал только силовой модуль, а питание подавал от регулируемого блока питания.
По сути силовой модуль представляет из себя мощный составной транзистор, например как известный КТ827/825.


Собственно по этому я не ставил второй транзистор, так как он уже есть в силовом модуле, а его базу и эмиттер соединил просто резистором.
Кстати, плату вполне можно использовать в штатном включении, т.е. установить второй управляющий транзистор, а на место силового впаять указанный в схеме 2SC5200 или аналог. Но у меня есть некоторые сомнения в плане надежности такого решения, так как в качестве управляющего применен совсем маломощный, а к примеру у показанных силовых плат он даже установлен на радиаторе.
Я бы порекомендовал сделать так, как выше делал я, но вместо силового модуля установить указанный мною КТ827, но в этом случае мощность блока питания надо снизить.

В общем я подключил модуль так, как показано на фото и как я показал выше на схеме.


Силовое питание подал на левый разъем, а нагрузку подключал к правому, провод с белой полоской — плюс.

Кроме того плата питалась от одной обмотки 9 Вольт, хотя надо питать от двух.
Здесь есть еще важный момент! Показанная ранее плата управления имеет цоколевку разъема питания как — 15-0-15 Вольт, у обозреваемой платы применен таой же разъем, но цоколевка 0-9-9 Вольт. Больше 10 Вольт лучше не подавать, стабилизаторы начнут заметно нагреваться.


Включаем и ура, все работает и ничего не взорвалось :)
Позже я заметил непонятную вещь. Дело в том, что процедура управления блоком питания такова —
По умолчанию моргает центральный квадратик, в этот же режим плата переходит после 10 секунд бездействия.
Нажатие на энкодер включает режим установки напряжения или тока, последующие нажатия выбирают дискретность регулировки.
Если включена регулировка одного параметра, то для регулировки другого надо нажать на соответствующий энкодер.
Т.е. вы не сможете случайно изменить второй параметр без переключения на него.

Так вот выделенный разряд индикатора должен моргать, чтобы было понятно что регулируем. Но моргал он не всегда, вернее иногда он моргал еле еле. Позже я выяснил, что моргает он тогда, когда БП может обеспечить заданные параметры. Например входное напряжение 25 Вольт, если выставить 24-25, то моргает, если 25 и выше, то не моргает.
Такая вот своеобразная индикация.


Подключаем автомобильную лампочку 45 Ватт, задаем 12 Вольт. Видим что ток около 3.8 Ампера, на лампе 45 Ватт, общая мощность почти 75 Ватт, получается что на транзисторах «оседает» около 30 Ватт.


Как вы уже поняли из обзора, элементов для коррекции на плате нет, ну кроме подстроечного резистора регулировки контрастности индикатора.
Все производится из отдельного меню калибровки, чтобы в него попасть надо включить питание с зажатым энкодером напряжения.
После этого будет доступно меню, состоящее из шести пунктов:
Коррекция установки напряжения
Коррекция показаний измерения входного напряжения.
Коррекция установки тока
Загрузка параметров
Сохранение параметров.
Выход.

Пункты загрузка и сохранение параметров (как я понял) необходимы если вы производите изменение корректировок, а потом хотите восстановить предыдущие.
Например иногда я калибровал электронную нагрузку так, чтобы она задавала ток нагрузки в 2 раза больше, чем реально отображается на экране.





А теперь попробуем проверить, что получилось в итоге.
Сначала установка напряжения в интервале от 1 до 47 Вольт, последнее напряжение выбрано произвольно.
Если установка напряжения происходит более менее корректно, за исключением пожалуй 5 Вольт, то встроенный вольтметр иногда показывает не то, что надо.


Примерно та же картина происходит с током, только здесь на малых токах встроенный амперметр показывает вообще ерунду, вместо 100мА показал 147, а вместо 500 — 329, хотя сама по себе установка производится довольно точно.


А вот и вылез тот дефект, о котором я писал почти в самом начале обзора. Последовательно с шунтом работает участок дорожки и при больших токах выходной ток начинает «убегать» в меньшую сторону. Дело в том, что у меди положительный ТКС, т.е. сопротивление дорожки с ростом температуры начинает расти, соответственно блок питания начинает «думать» что растет ток, так как напряжение на шунте растет. Операционный усилитель это дело корректирует и в итоге ток на выходе падает.
Решение — либо дублировать дорожки толстым проводом, либо менять точку подключения к шунту, первое наверное даже проще.
Кстати, подобное немного проявляется и при регулировке напряжения, но заметно меньше.


На китайском форуме найдено очень много разной информации по данному блоку питания, например там же пользователь тестировал подобное на своем БП. Я взял только четыре фотографии, так как на остальных он проверял изменение результата при изменении младшей дискреты.
Кроме того еще один пользователь выложил неплохие результаты, так что есть к чему стремиться.


Кроме того оценивали реакцию на КЗ и перегрузку.


И измеряли шум на выходе, правда здесь неизвестно что за БП питал данную плату.


Есть и примеры готовых устройств, но меня они заинтересовали немного другим.


У них применена не только другая версия платы.



А и как я понял, здесь использован ШИМ + линейный регулятор, но могу ошибаться. Просто ничем другим наличие довольно мощного DC-DC я объяснить не могу.
Ссылка



Но кроме того применен и другой дисплей. И в принципе можно было бы повторить данную конструкцию, но вот как-то не нашел я прошивку к ней и судя по комментариям у них на форуме, данная проблема не только у меня, так как этот вопрос задают часто.
Данная плата еще умеет измерять температуру радиаторов и управлять вентиляторами.
Нашел полное описание как платы, так и управления, но на китайском (хром помог перевести), и опять без прошивки :(


Кстати там же «пасется» и известный моддер 100MHz, предлагая свои варианты, только уже на базе известных преобразователей.


А также экстремалы, ваяющие БП на базе STM8S103F3P6 и параметрами 60 Вольт 50 Ампер, причем с открытым исходным кодом.


Видеообзор


Подведу небольшие итоги.
Если говорить о продавце и его товаре, то существенное замечание у меня только к отсутствию резистора 0.02 Ома, а также отсутствию указания насчет неправильной маркировки подключения силового транзистора регулятора.

Ну а если по самому устройству, то оно работает, хотя и имеет довольно много недостатков:
1. Нет функции отключения выхода.
2. Некоторые недоработки топологии печатной платы.
3. Измеренные на экране имеют слишком большую частоту обновления, раздражает.
4. Калибровать устройство хоть и просто, но не всегда получается хороший результат. Вспоминая мою электронную нагрузку могу сказать, что можно сделать две одинаковые калибровки и получить разный результат от не очень хорошего до почти идеального.

Из преимуществ отмечу то, что:
1. Устройство довольно легко повторить
2. Вся стабилизация по сути аналоговая, микроконтроллер только задает опорное напряжение, обратная связь построена на операционном усилителе.
3. Имеется не только прошивка, а и исходный код, потому те «кто в теме» могут изменить программу так, как им больше удобно. Например у меня уже есть свои идеи.
4. В схеме контроллера нет ничего дефицитного или дорогого.
5. При совмещении с платой реле, о которой я рассказывал ранее, можно получить устройство, которое не будет рассеивать на радиаторах все 500 Ватт в случае КЗ выхода.
6. Плата в обзоре отличается от той, что показана на странице продавца, причем в лучшую сторону, так как у него совсем старая версия показана и это очень радует :)

В качестве постскриптума. Наверное вы думали, что этим обзором я закончу серию о мощном линейном БП, но это не так. К сожалению (или к счастью), все только начинается, потому как еще предстоит выбор трансформатора, конденсаторов, заказ корпуса и радиаторов (здесь свои сложности), приведение этого всего в повторяемый вид, возможно доработка ПО, «умное» управление вентиляторами и т.д. Потому данный обзор скорее является предметом для общения на интересную тему, или генерацию идей для дальнейшего развития.

И конечно дополнение:
Два варианта схемы БП
Прошивки
Исходники
Печатная плата обозреваемого варианта в png
Печатная плата расширенного варианта в lay6
Печатная плата последнего варианта нагрузки в lay6

Выяснилось, что для скачивания файлов печатных плат в lay6 надо не только иметь регистрацию на форуме, а и их виртуальные монеты, благо я их до этого накопил в моих темах :)

Как и в прошлый раз, спонсором обзора выступил посредник yoybuy.com, который взял на себя оплату доставки, но я бы все равно писал этот обзор, так как меня тема с линейными БП «зацепила».
Общую стоимость комплекта подсчитать не могу, так как было два товара от разных продавцов и имеющих разную стоимость. На вскидку около 8 долларов.