Obciążenie elektroniczne na bazie CL24 z funkcją sterowania ładowaniem

Wszystko zaczęło się od tego, że jakiś czas temu zamówiłem dwa obciążenia CL24. Leżały sobie tak i leżały, aż pomyślałem: a może zbudować na ich bazie dwa gotowe urządzenia? Pomyślałem, jeszcze raz pomyślałem i zrobiłem.

Żeby być na bieżąco z nowymi tematami na blogu, polecam obserwować mój Instagram. Będę tam publikować powiadomienia o wszystkich nowych wpisach, a może też pisać po prostu o czymś ciekawym — link do konta

Można też subskrybować aktualizacje i nowe artykuły na kanale Telegram — https://t.me/KirichBlog

Jak pisałem w poprzednim artykule, urządzenia te należą do serii „domowej”, ale mimo to mają całkiem sporo funkcji. Do tego postarałem się zmieścić wszystko w możliwie kompaktowej obudowie.
Od razu zaznaczę, że te dwa obciążenia należą do tak zwanej serii limitowanej (jak to się teraz modnie mówi), bo nie wiadomo, czy będę robił takie urządzenia ponownie.
Jest wprawdzie wariant z kontrolerem BW150, funkcjonalnie taki sam, ale tańszy. Niestety jego płytka ma inną topologię niż w poprzednich modelach, co bardzo utrudnia wykorzystanie go jako gotowego urządzenia. Nie wiadomo więc, czy będę coś z nim robił, choć są pewne możliwości.

W zeszłym roku opublikowałem recenzję obciążenia elektronicznego CL24. To całkiem interesujący model, choć niepozbawiony wad. Najbardziej spodobała mi się funkcja, której brakowało mi w DL24EW i którą twórcy dodali po mojej recenzji: ustawianie przerwy między cyklami ładowania i rozładowywania oraz rozładowywania i ładowania. Można też ustawić po prostu liczbę cykli, a nie tylko CDC i CDCDC.


Przy okazji porównywałem wtedy obciążenia kilku generacji i było widać, że twórcy biorą sobie do serca moje sugestie. Wielkie dzięki!


Zdjęć będzie niewiele, bo nie fotografowałem całego procesu, ale znalazło się kilka z początkowego etapu. Wybaczcie jakość — robiłem je lutownicą.
Tak dla zobrazowania, jak wyglądał proces, który czasem określa się mianem „po prostu zamontuj gotową płytkę w obudowie”.


Kolejne zdjęcie z montażu. Tu widać już mniej więcej końcowy etap, a także klawiaturę, która ostatecznie się nie przydała.


Ze względu na konstrukcję obudowy musiałem zastosować nie tylko mniejszy moduł mocy (o niższej mocy), ale też zmniejszyć płytkę zabezpieczeń i przełączania ładowarki. W porównaniu z oryginalną ta płytka ma następujące cechy:
1. Zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją — jeśli coś zostanie podłączone nieprawidłowo, ładowarka po prostu nie połączy się z akumulatorem.
2. Zabezpieczenie przed prądem wstecznym — prąd z akumulatora nie popłynie do ładowarki. To ważne, jeśli jako ładowarki używamy przetwornicy DC-DC.
3. Przełączanie prądu do 20-25 A, a więc niewielkie straty: około 0,16 V przy prądzie 20 A. Oczywiście dochodzi do tego około 0,1 V na boczniku (przy 20 A) i jeszcze trochę na przewodach, ale na to nie mam wpływu.

Wadą jest maksymalne napięcie ładowarki wynoszące 50 V oraz maksymalne napięcie w trybie obciążenia wynoszące 100 V. To ważne.
W rzeczywistości moduł może przełączać również 100 V, ale przy odwrotnej polaryzacji napięcia źródła i akumulatora sumują się. Wychodzi więc 50 V (ładowarka) + 50 V (akumulator) = 100 V, czyli dochodzimy do limitu. Technicznie, jeśli nie dopuścimy do odwrotnej polaryzacji, można używać ładowarki i akumulatora o napięciu do około 90 V.


A propos modułu przełączającego. W recenzji CL24 nie przywiązałem do niego większej wagi, a szkoda, bo okazało się, że zasadniczo różni się od modułu dołączonego do DL24EW.
Różnica polega na tym, że w module po lewej (DL24EW) dioda zabezpieczająca jest podłączona równolegle i według założeń ma przepalić bezpiecznik (to dość wątpliwe, choć w zasadzie może się udać). Nie wpływa przy tym na normalny proces ładowania.
Natomiast w module CL24 (i BW150) dioda jest podłączona... szeregowo, przez co jeszcze bardziej ogranicza maksymalny prąd ładowania. Co gorsza, utrudnia prawidłowe ładowanie akumulatorów, zwłaszcza niskonapięciowych, ze względu na spadek napięcia. Dowiedziałem się o tym niedawno, gdy jeden z czytelników zwrócił się do mnie o pomoc.

To właśnie przelało czarę goryczy i rozwiało moje wahania, czy zrobić własny moduł. Płytki są już w produkcji. Zmontuję pewną liczbę własnych modułów, w pełni zgodnych z DL24EW, CL24 i BW150, ale znacznie lepszych od oryginalnych. Gdy tylko do mnie dotrą, napiszę o nich artykuł.


Początkowo pisałem, że CL24 może obsłużyć maksymalnie 150 W, i to z ograniczeniami napięcia. Na przykład przy napięciu 36 V i wyższym uzyskamy najwyżej 80 W. Słabo. Dlatego wprowadziłem kilka poprawek i ostatecznie bez problemu uzyskałem 350 W.
W praktyce zastosowano tu moduł mocy 1,5 raza słabszy niż w moich typowych konstrukcjach, dlatego moc wynosi nie 550–600, a 350–400 W.


Ponieważ to obciążenie steruje ładowaniem, w obudowie jest więcej przewodów. Płytka przełączająca wymusiła skrócenie modułu, a do tego zamontowałem mniej wydajny (i cichszy) wentylator. W efekcie uzyskałem następujące parametry:
Prąd obciążenia 25 A, prąd ładowania 25 A
Napięcie do 100 V w trybie rozładowania i do 50 V w trybie ładowania
Moc do 350–400 W. 350 W urządzenie na pewno wytrzymuje długotrwale, 400 W też powinno dać radę, ale będzie to już zależeć od temperatury otoczenia.
Regulacja obrotów wentylatora, czujnik temperatury zamocowany na jednym z tranzystorów.

Musiałem wymienić bocznik pomiarowy. Zastosowałem nie tylko mocniejsze, ale też lepszej jakości boczniki i dodałem do nich radiatory, ponieważ temperatura również wpływa na dokładność pomiaru.


Ostatecznie mam dwie identyczne skrzyneczki, z identycznym wnętrzem i parametrami.
I tak, teraz mają nie tylko większą moc niż fabryczna CL24, ale też sterowanie enkoderem, co jest zdecydowanie wygodniejsze niż przyciski.



Z tyłu również wszystko jest upakowane na styk:
Otwór wentylacyjny
Gniazdo przewodu zasilającego
Gniazdo czujnika temperatury
Wejście do podłączenia ładowarki
Uniwersalne USB-C, do którego można podłączyć nie tylko przewód do komputera, ale też dodatkowe moduły WiFi i BT.


Z przodu mamy odpowiednio:
Wskaźnik trybu ładowania
Wyświetlacz
Zaciski mocy i pomiarowe
Enkoder — regulacja i wybór trybu
Przycisk start/stop
Przycisk zasilania.



Oczywiście po wymianie boczników obciążenia trzeba było je skalibrować. Muszę powiedzieć, że tutaj robi się to łatwiej, wygodniej i dokładniej niż w DL24EW i 24MP.
Widać też, że obciążenie całkiem dobrze pracuje przy mocy około 380 W.


Obciążenia przygotowałem na sprzedaż, ale raczej nie wystawię ich na OLX, bo nie jest to produkt seryjny. Cena: 7300 UAH. Będą sprzedawane w zestawie zbliżonym do maksymalnego:
1. Obciążenie
2. Uchwyt na akumulatory
3. Moduł WiFi
4. Moduł Bluetooth
5. Prosty adapter do podłączania testowanych źródeł zasilania
6. Adapter z wyzwalaczem QC/PD
7. Para krótkich przewodów z krokodylkami
8. Przewód zasilający
9. Wtyk XT-60 do ładowarki lub przetwornicy DC-DC
10. Zewnętrzny czujnik temperatury

Różnice w porównaniu z fabrycznymi zestawami CL24 i BW150
1. Zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją działa nie tylko w trybie obciążenia, ale też w trybie ładowania
2. Przełączanie prądu ładowania do 20–25 A, a nie 2–3 A, oraz niewielki spadek napięcia na przełączniku
3. Sterowanie enkoderem
4. Moc 350–400 W zamiast 150 W
5. Gotowe urządzenie w obudowie, a nie sama płytka
6. Wbudowany zasilacz.

Różnice w porównaniu z DL24EW
1. Wygodniejsze sterowanie
2. Możliwość ustawienia przerwy między etapami ładowania/rozładowania
3. Zaktualizowane oprogramowanie
4. Poprawione niektóre błędy.



Oczywiście dobrze byłoby zamontować na obudowie listwę zaciskową, tak jak niedawno zrobiłem to dla jednego z klientów (okazało się, że to bardzo niewygodne). Po pierwsze, w małej obudowie po prostu nie ma na nią miejsca, a po drugie, korzystanie z uchwytu na akumulatory byłoby wtedy niewygodne.
Mogę więc dorzucić do zestawu parę takich listew zaciskowych, a przewody z wtykami bananowymi możecie zrobić już sami.




No i to by było na tyle. Mam nadzieję, że komuś się przyda. Starałem się zrobić urządzenie jak najstaranniej, funkcjonalnie i solidnie. Ponieważ raczej nie będę już robił podobnego, zestaw skompletowałem niemal maksymalnie. Chyba brakuje tylko przewodów USB, ale myślę, że każdy ma takie w domu.