Całkiem niezły moduł DC-DC ZXY6005S, czyli laboratoryjny zasilacz DIY.

Miałem niewielki, samodzielnie zbudowany zasilacz, którego używałem do testowania i zasilania różnych drobnych projektów. Zbudowałem go jednak bardzo dawno temu, więc zdążył się zestarzeć zarówno moralnie, jak i fizycznie.
Najpierw chciałem kupić gotowy zasilacz na wymianę, ale „to nie w naszym stylu”, więc postanowiłem zbudować go samodzielnie.

Szukając odpowiedniej przetwornicy DC-DC, przekopałem na Ali całkiem sporą stertę różnych urządzeń. W jednych nie pasowało napięcie, w innych prąd, a w jeszcze innych sam sposób regulacji.
Najpierw chciałem kupić prosty model ze wskaźnikami LED, ale nie odpowiadała mi jego moc. Potem rozważałem wersję bez wskaźników, z regulacją za pomocą potencjometrów montażowych (kupiłem nawet do niej woltomierz i amperomierz), ale nie pasował mi zakres napięć. W końcu trafiłem na bardziej zaawansowany model, z wyświetlaczem LCD i sterowaniem cyfrowym. Napisałem nawet do sprzedawcy z pytaniami o parametry (nawiasem mówiąc, wszystko jasno wyjaśnił i opowiedział; aż mi głupio, że nie kupiłem u niego zasilacza), ale to też nie było to.
I wtedy zobaczyłem opisywaną tu przetwornicę. Nie mogłem się oprzeć i ją zamówiłem, choć znacznie przekraczała mój budżet. Kosztowała mnie 48.19 (pomogły zniżka od sprzedawcy i kupon na 5 dolarów).
Na majsku ukazało się kilka recenzji zasilaczy laboratoryjnych, ale ta jest dla tych, którzy lubią robić coś własnymi rękami.
A poza tym w komentarzach pod jedną ze swoich recenzji napisałem, że planuję opisać zasilacz laboratoryjny. No cóż, napisałem — więc publikuję.

Część pierwsza: sama przetwornica.
Sprzedawca długo zwlekał z wysyłką, przeciągał to do ostatniej chwili. Pisałem do niego już kilka razy, a w odpowiedzi słyszałem: „Proszę się nie martwić, wszystko wyślę”. W końcu wysłał. Potem przesyłka długo pełzła do mnie z prędkością ślimaka przez gąszcz chińskiej poczty, a następnie ukraińskiej. Ale dotarła. I nawet w całości, bez uszkodzeń.
Myślałem już, że się jej nie doczekam.

Przyszła w kartonowym pudełku, w środku owinięta w stosunkowo niewielką ilość folii bąbelkowej. Pudełko było zaklejone tak, że można było bez problemu wyjąć urządzenie, ponownie zakleić karton taśmą i wysłać dalej. Jeśli będziecie zamawiać u tego sprzedawcy, lepiej poprosić o solidniejsze zapakowanie.




Płytka dotarła z wyświetlaczem, zamontowanym na niej na metalowych dystansach. Takie same dystanse znajdują się w narożnikach płytki.


Elementy mocy zamontowano na radiatorach. Mam zastrzeżenie co do braku mocowania dławika mocy — trzyma się wyłącznie na swoich wyprowadzeniach. Lepiej dodatkowo go przymocować.


Spód płytki.


Samo urządzenie to przetwornica ze sterowaniem cyfrowym.
Można nią sterować zarówno z klawiatury, jak i z komputera. W tym celu na płytce wyprowadzono złącze RS232 z poziomem 3.3 V. Parametry można regulować przyciskami albo enkoderem.




Pod wyświetlaczem znajduje się główny mikrokontroler STM8S105K4T6C
Stabilizatory impulsowe zasilające układy logiczne i procesor: XL7005; klucz mocy (czyli właściwy sterownik PWM): XL1509


Pierwsze uruchomienie


To najmniejsza płytka z tej serii przetwornic.
Zapewnia:
napięcie wyjściowe 0-60 V (regulowane do 62 V)
prąd wyjściowy 0-5 A (regulowany do 5,1 A).
Krok regulacji napięcia — 0,01 V
Krok regulacji prądu — 0,001 A.
Napięcie wejściowe do 62 V (do tego wrócę niżej).
Obliczanie i wyświetlanie mocy wyjściowej.
Obliczanie i wyświetlanie energii oddanej do obciążenia w amperogodzinach (z możliwością wyzerowania)
Czas pracy (z możliwością wyzerowania)
Wskaźniki CC i CV, a także wskaźnik informujący, że płytka pracuje w trybie stabilizacji. Jeśli spróbujemy uzyskać na wyjściu napięcie wyższe niż zapewnia napięcie wejściowe, wskaźnik prawidłowej pracy zgaśnie, sygnalizując, że płytka nie zapewnia zadanych parametrów.

Oznaczenia płytek
ZXY6005 — 60 V, 5 A
ZXY6010 — 60 V, 10 A
ZXY6020 — 60 V, 20 A
Indeks S — sterowanie z komputera; indeks D — jest enkoder, a nie potencjometry, ale brak sterowania z komputera; bez indeksu — płytka z potencjometrami montażowymi do regulacji napięcia i prądu.

Po uruchomieniu na wyświetlaczu pojawiają się domyślne parametry


W menu można skalibrować wskazania napięcia i prądu, ustawić szybkość transmisji danych oraz wyłączyć brzęczyk na płytce.






Lista wszystkich ustawień płytki.
(1) SET U-CAL Kalibracja pomiaru napięcia.
(2) SET I-CAL Kalibracja pomiaru prądu.
(3) SET OVP(E1) Ustawienie górnego limitu regulowanego napięcia
(4) SET OCP(E2) Ustawienie górnego limitu regulowanego prądu
(5) SET OPP(E3) Ustawienie progu zabezpieczenia nadmocowego
(6) SET OAH(E4) Ustawienie progu zabezpieczenia przed przekroczeniem pojemności
(7) SET OFFTIME(E5) Ustawienie progu zabezpieczenia przed przekroczeniem czasu pracy
(8) ---SAVE DATA！--- Zapisanie ustawionych parametrów
(9) Start up：OFF Ustawienie, czy wyjście ma być włączone po uruchomieniu
(10) System Recover Przywrócenie ustawień systemu
(11) Sound Enable：ON Ustawienie dźwięku
(12) Save Parameter： Zapisanie parametrów
(13) Set Addr. Code Ustawienie kodu adresu
(14) Set BaudRates Ustawienie szybkości transmisji
(15) Charge Mode：OFF Ustawienie, czy funkcja ładowania ma być włączona

Jest tu drobna niedoróbka: wyłączenie dźwięku działa tylko podczas jednej sesji, czyli ustawienie nie jest zapisywane. W połączeniu z bardzo głośnym brzęczykiem jest to dość uciążliwe. W końcu zakleiłem brzęczyk i zrobiło się znacznie lepiej.
Uzupełnienie: parametry trzeba zapisywać z przypisaniem do konkretnej komórki pamięci, na przykład M0, a nie do pamięci ogólnej, w której przechowywane są kalibracje, adres i szybkość transmisji.

Oprogramowanie płytki pozwala ustawić maksymalnie 62 V i 5,1 A.


W trybie pracy, gdy napięcie jest podawane na wyjście, ekran wygląda tak —


Po podłączeniu obciążenia na ekranie można zobaczyć napięcie wyjściowe (zmierzone), prąd wyjściowy (zmierzony), moc wyjściową, ilość energii oddanej do obciążenia w mAh lub Ah (jeśli licznik przekroczy 1000), a także tryb pracy i ograniczenie napięcia lub prądu.
Przy okazji: po włączeniu napięcia na wyjściu (przycisk OUT) napięcie narasta płynnie, przez około 1.2 s, zależnie od ustawionej wartości (im wyższe napięcie, tym dłużej narasta). Moim zdaniem to bardzo przydatna funkcja.




Oczywiście spróbowałem porównać wskazania miernika w zasilaczu ze wskazaniami podłączonego przyrządu. Pomiary wykonano bez obciążenia.











Na tym etapie postanowiłem przerwać analizę płytki i przejść jednak do praktycznych działań. Ze względu na dużą liczbę zdjęć tę część recenzji ukryłem pod spoilerem.


Podczas montażu popełniłem kilka większych i mniejszych błędów, ale po kolei.

Schemat zasilacza to klasyczne rozwiązanie z generatorem i sterownikiem IR2153. Sterownik jest zasilany przez rezystor z szyny 300 V, a dodatkowo sam się zasila z punktu środkowego półmostka przez kondensator 47 pF. Częstotliwość wynosi 30 kHz, klucze mocy to IRF740. Ponadto w układzie sterowania tranzystorami polowymi zastosowano dodatkowe tranzystory przyspieszające wyłączanie kluczy mocy. Diody wyjściowe: 6 sztuk UF5404 w kanale 60 V i 2 sztuki w kanale 25 V. Układ sterowania wentylatorem oparty jest na przetwornicy PWM 34063. Kondensatory filtra wejściowego: 2 szt. 470 µF/200 V połączone szeregowo (trochę mało, lepiej zastosować parę po 680). Na wyjściu: 2 szt. 1000 µF/100 V + 1 szt. 680 µF/100 V, w kanale 25 V — 1000 µF/35 V + 220 µF/35 V.

Zacząłem od wykonania płytek do całego projektu.
Tutaj płytki części mocy i panelu przedniego


Wytrawiłem płytki, pociąłem je i pocynowałem ścieżki.


Skompletowałem prawie wszystkie elementy. Tak przy okazji: na zdjęciu zebrałem je wszystkie naraz tylko na potrzeby fotografii, zwykle szukam części w trakcie montażu.


Zmontowałem płytkę. Są drobne niedociągnięcia, ale w urządzeniu jednorazowego użytku są całkowicie do zaakceptowania.


Zastanawiając się, jaki transformator zastosować, brałem nawet pod uwagę użycie kilku gotowych transformatorów z komputerowych zasilaczy, ale zmieniłem zdanie i postanowiłem zrobić go samodzielnie. Nie ma w tym nic trudnego: potrzebny jest tylko rdzeń (przy okazji, jeśli ktoś szuka takich rzeczy na Ukrainie, mogę podpowiedzieć, gdzie kupić), drut w emalii i taśma elektroizolacyjna (można izolować też innymi materiałami, ale z taśmą pracuje mi się wygodniej).


Płytka zasilacza jest już w pełni zmontowana i sprawdzona.
Po drodze zabiłem 2 tranzystory: przez pomyłkę wlutowałem IRF740 w parze z IRF3205. Drugi tranzystor nie wytrzymał takiego traktowania i padł, zabierając ze sobą swojego partnera. Poza tym nikt nie ucierpiał.


Z tyłu znalazł się mały kondensator, którego początkowo nie planowałem. Okazało się, że układ stabilizatora 34063 źle radzi sobie z obciążeniem w postaci wentylatora, więc musiałem dodać kondensator równolegle do górnego rezystora dzielnika sprzężenia zwrotnego. Po zmontowaniu i sprawdzeniu pokryłem płytkę dwiema warstwami lakieru Plastik 70, tak na wszelki wypadek)


Podczas montażu wyszły na jaw pewne niedoróbki (i oszczędności) producenta.
Na wejściu płytki znajduje się kondensator 1000х63В. Zostawienie go byłoby ryzykowne, więc musiałem wymienić go na 470х100В. Wymieniłem też kondensator 100х50В na wejściu stabilizatora zasilającego układy logiczne płytki. Jak się domyślacie, długo by tam nie pożył. To już poważna wpadka producenta; wymieniłem go na 100х63.


Zastosowałem wymiary 100×63, a nie 100×100, co byłoby bardziej logiczne, ponieważ postanowiłem nieco zmodyfikować układ naszych chińskich kolegów. Płytka przetwornicy składa się z 2 części: mocy, z tranzystorem na 100 V, oraz niskonapięciowej, z układem stabilizacji PWM na wejściu, którego maksymalne napięcie wejściowe wynosi 65 V. Ponieważ podaję na wejście mniej więcej takie samo napięcie (żeby móc w pełni wykorzystać możliwości płytki), mogłoby to mieć nieprzyjemne konsekwencje. Dlatego postanowiłem ulepszyć układ.
Stabilizator obwodów niskonapięciowych był podłączony przez transil 1.5KE13, żeby obniżyć napięcie podawane na mały układ PWM do 50–55 V. W trakcie analizy okazało się też, że płytka kontroluje próg napięcia około 12 V (zabezpieczenie przed pracą przy zbyt niskim napięciu) i mierzy napięcie wejściowe. Żeby nie zakłócić działania, kontrolę napięcia 12 V trzeba przełączyć na pomiar za transilem, a pomiar napięcia wejściowego pozostawić w dotychczasowym miejscu.

Kupiłem zaciski. Jest ich sporo, bo postanowiłem dodać do zasilacza kilka stałych napięć — na razie 5, 9 i 12 V.
Do zamontowania dodatkowych zacisków służy osobna płytka (jest na rysunku zbiorczym). Płytkę nasuwa się na śruby zacisków i dociska nakrętkami. To jedyna płytka zaprojektowana tak, by ścieżki były skierowane w stronę przedniego panelu. Zamontowałem na niej bezpieczniki samoresetujące o prądzie znamionowym 0.9 A, a równolegle do każdego bezpiecznika — układ z rezystorem i diodą LED sygnalizującą jego zadziałanie. Do uzyskania stałych napięć służą płytki przetwornic DC-DC (pokazywałem je w jednej z moich recenzji), zasilane napięciem 25 V z głównego zasilacza.
Jeszcze jedna płytka przedniego panelu (z dwoma otworami) nasuwana jest na główne zaciski wyjściowe. Montuje się na niej kondensator 100 µF × 100 V oraz kondensator foliowy na napięcie co najmniej 100 V — im większa pojemność, tym lepiej.


Narysowałem prosty panel przedni. Układ elementów jest bardzo ciasny, ale w praktyce okazał się całkiem wygodny. Przy okazji zmieniłem położenie dwóch pierwszych przycisków. Przyzwyczaiłem się, że zwiększanie odbywa się prawym przyciskiem, a zmniejszanie — lewym, tymczasem na płytce jest odwrotnie.
Przy okazji: jeśli zastosować enkoder z przyciskiem, jego styki są wyprowadzone na płytce. Można go używać jako przycisku OK albo SEL. Pod enkoderem znajduje się dioda LED podświetlenia, zasilana przez rezystor 180 Ω z napięcia 5 V (dostępnego na skrajnych pinach złącza wyświetlacza). To jedyne dodane elementy elektroniczne.
Recenzja enkodera i podświetlenia tutaj
Wszystkie taśmy są przygotowane do bezpośredniego podłączenia, tzn. kolejność styków na złączu płytki i położenie pierwszego styku odpowiadają tym na płytce przetwornicy.


Postanowiłem zamknąć zasilacz w małej obudowie. Właściwie właśnie dlatego zadałem sobie tyle trudu i zbudowałem własny zasilacz (mam na myśli część zasilającą, dostarczającą moc) do tej przetwornicy. O wiele prościej byłoby kupić gotowy zasilacz 60 V, zamiast robić go samemu.


Płytki wewnątrz są zamontowane z przesunięciem, żeby się nie stykały i zmieściły na wysokość.
Płytka przetwornicy jest zamontowana w dolnej części obudowy, ponieważ mocowałem do niej przedni i tylny panel, a więc biegną stamtąd wszystkie główne przewody. Płytka zasilacza znajduje się w górnej części. Otwory wentylacyjne są z przodu, a wentylator przepycha powietrze przez tę „kanapkę”.


Wentylator z tyłu jest osłonięty kratką.


Wnętrze jest bardzo ciasno upakowane. Zasilacz laboratoryjny jest już w pełni zmontowany i sprawdzony.


A oto zdjęcia tego, co udało się zbudować.




Tak, wzrok was nie myli. Na ostatnich zdjęciach wyświetlacz jest zielony.
Po używaniu wyświetlacza dołączonego do zestawu stwierdziłem, że nie jest dla mnie zbyt wygodny.
Na zdjęciu wyglądał gorzej niż w rzeczywistości, ale kiedy w domu natknąłem się na leżący w szufladzie zielony wyświetlacz, po wypróbowaniu postanowiłem go zostawić. Pasował prawie bez problemów; musiałem wstawić diodę szeregowo z zasilaniem 5 V wyświetlacza, bo kontrast był zbyt duży, oraz dodać rezystor 10 Ω do zasilania podświetlenia (w oryginalnym wyświetlaczu był już na jego płytce).
Warto dodać, że nie wszystkie płytki są dostarczane z niebieskim wyświetlaczem. Znajomy kupił płytki 6010 i miał zielone wyświetlacze. W planach mam wymianę na wyświetlacz wykonany w technologii VATN albo OLED; pierwszy jest nieco tańszy. Chciałbym jednak znaleźć je na Ali, może ktoś z was na nie trafił.
Postanowiłem też pokombinować z kontrolką zasilania urządzenia. Na ostatnich zdjęciach widać, że jest wbudowana w pokrętło enkodera. Na przednim panelu było mało miejsca, a podczas jego wykonywania zauważyłem, że wałek enkodera jest pusty w środku. Umieściłem więc pod nim jasną zieloną diodę LED 3 mm, ale to już kwestia gustu.
A skoro mowa o diodach LED, chińscy koledzy zastosowali bardzo wymyślny układ sterowania diodami CC i CV. W efekcie są zasilane prądem zaledwie 1-1,5 mA, którego nie da się zwiększyć. Jeśli więc będziecie wyprowadzać dodatkowe diody LED na przedni panel, lepiej wybrać jasne modele — wtedy będą świecić normalnie, a zwykłe będą ledwo widoczne.

Co ostatecznie zyskałem? Mnóstwo (prawie) przyjemnych wrażeń ze składania, a także całkiem niezły zasilacz laboratoryjny, który zapewnia:
napięcie wyjściowe do 62 V i prąd do 5,1 A, czyli moc ponad 300 W.
Wygodne sterowanie parametrami.
10 komórek pamięci na ustawienia wstępne.
Możliwość sterowania z komputera (przez UART albo konwerter USB; jeśli ktoś bardzo chce, może podłączyć nawet interfejs 485 i sterować z odległości kilometra, a najbardziej zapaleni mogą zamontować moduł UART-Ethernet i sterować z dowolnego miejsca).
U mnie zastosowałem po prostu połączenie przez konwerter USB-RS232 TTL z izolacją galwaniczną — link
Okno robocze programu (program został sprawdzony i działa bez zarzutu)


Złącza do podłączenia przedniego panelu.
Wyjaśnienie: na złączu diod LED + oznacza +5 V, a — masę płytki; można tego użyć do sygnalizacji obecności zasilania.
Na złączu przycisków drugi styk to masa płytki (przyciski są więc podłączone w dość sprytny sposób), ale wspólnym stykiem przycisków jest pierwszy styk złącza. Dla wygody zamieniłem miejscami dwa pierwsze przyciski.
Mogłem pomylić lewo z prawem na złączu enkodera — rysowałem z pamięci.


3 kanały o stałym napięciu 5-9-12 V i prądzie do 1 A na kanał.
Płynna regulacja obrotów wentylatora w zależności od temperatury.
Bardzo niewielkie wymiary jak na takie urządzenie.

Podsumowując.
Płytka bardzo mi się spodobała, mimo niedociągnięć. Myślę, że osobom, które przeczytały tę recenzję, będzie łatwiej.
Teraz pewnie wziąłbym już płytkę na 10 A, 20 A to moim zdaniem do zastosowań domowych przesada. Rozmawiałem ze znajomym, który też kupił podobne płytki. Przy okazji, wielkie dzięki za znalezienie programu do sterowania. Powiedział, że planuje napisać własny program z blackjackiem i dziewczynami, z wyświetlaniem wykresu pracy i zapisywaniem logów.

Zalety.
W pełni funkcjonalna, programowalna przetwornica DC-DC
Możliwość sterowania z komputera.
Całkiem niezłe parametry.
Możliwość zbudowania dobrego zasilacza laboratoryjnego przy minimalnych nakładach.
W zasadzie kompletne urządzenie: na płytce są wyświetlacz, przyciski i enkoder. Pokrętło do enkodera też jest w zestawie (są również wersje z modułem UART-USB i przewodami do podłączenia panelu przedniego).

Wady.
Kondensator wejściowy ma bardzo mały zapas, podobnie jak kondensator przed układem PWM zasilania wtórnego (choć może to być wada płytki od konkretnego sprzedawcy).
U tego konkretnego sprzedawcy dostawa trwa bardzo długo.
Oryginalny wyświetlacz niezbyt mi się spodobał, ale jak zrozumiałem, czasem w zestawie są inne.
Wyjście do zewnętrznych diod LED ma bardzo małą wydajność, można to rozwiązać, montując jasne diody LED.
Zasilanie układu sterującego przez PWM ma niewielki zapas, więc przy maksymalnym napięciu wejściowym lepiej zachować środki ostrożności.
Dławik mocy nie był zamocowany, musiałem zrobić to sam.

Moim zdaniem, czy poleciłbym tę płytkę komuś? Bez wahania — tak. Czy kupiłbym taką płytkę ponownie? Tak samo — tak.

Recenzja wyszła bardzo długa i skomplikowana, na pewno są w niej błędy i niedociągnięcia. Jeśli macie pytania lub uwagi, piszcie — co będę mógł, dopiszę albo poprawię.
Z góry wszystkim dziękuję.

Uzupełnienie.
Skontaktował się ze mną pewien człowiek z Portugalii (tak przynajmniej sądzę), który specjalnie zarejestrował się na Musce. Znalazł schemat tego zasilacza i poprosił o dodanie go do recenzji.
Dodaję. diogoc, bardzo Panu dziękuję.