Данная история началась давно, думаю больше года назад, хотя ее корни уходят вообще в 2023 год. а сегодня я покажу то, к чему меня всё это привело.

Напоминаю, чтобы быть постоянно в курсе новых тем в блоге, рекомендую подписаться на мой инстаграмм, где я буду выкладывать уведомления о всех новых темах и возможно писать просто о чем-то интересном - ссылка на аккаунт

Также подписаться на обновления и новые статьи можно в телеграм канале - https://t.me/KirichBlog


Вообще корни данной темы уходят к обзору нагрузки DL24EW, которая по своему меня очень заинтересовала, потому как умела не только работать как нагрузка, а и управлять зарядом батарей, точнее просто подключать внешнее зарядное, но и это уже неплохо.
Тогда я тестировал комплектную плату коммутации и помнится сильно ее ругал из-за большого падение и как следствие, затянутой фазы CV.

Через время ко мне в руки попала новинка, сначала CL24, где к двум нагрузкам я заказал две платы коммутации, а потом BW150, которая также умеет управлять зарядом, но там плату я не заказывал.



Во время подготовки обзора CL24 я на плату коммутации не обратил внимание, а зря, оказалось что старая и новая версии имеют кардинальную разницу.


Для начала схема первого варианта платы, который шел в комплекте к 24EW.
Как я писал в обзоре, схема крайне примитивна, полевой транзистор управляется через дсдс с гальванической развязкой и коммутирует цепь заряда.
Защита от переполюсовки выполнена предельно просто, предохранитель и диод, в общем минимализм в полной красе.

Основная проблема, сопротивление канала примененного транзистора составляет примерно 75мОм, что уже при токе в 10А дает падение в 0.75 вольта.
Падение мешает заряду, особенно если это одиночные ячейки, а кроме того притоке в 10А на транзисторе будет отводиться уже около 7.5 ватта тепла, что крайне много, потому такая плата подходит для токов не более 5-7А.


Но не так давно ко мне обратился один из читателей с просьбой помочь разобраться со странным поведением новой нагрузки. Жалоба была на то, что при входном 4.2 вольта и напряжении на аккумуляторе 3.8 вольта ток падает до примерно 0.35А.
Я сначала даже не понял в чем тут затык, но когда взял в руки точно такую же плату и разобрался, то понял что предыдущая плата была не таким уж и дном.


Суть в том, что во второй версии платы производитель поставил диод защиты от переполюсовки.... последовательно.
Да, естественно при заряде одиночных ячеек мы и получим ту дичь, с которой обратился ко мне человек, вы принципиально не сможете зарядить 4.2 вольта аккумулятор от 4.2 вольта зарядного.


В общем это обращение стало последней каплей и я решил взять проблему с свои руки и решить её.
На самом деле проблема отчасти была решена год назад, когда я начал собирать нагрузки на базе платы DL24EW, только я там применял свой коммутатор.


Было разработано два варианта, большой, с током до 30-40А, он ставится в полноценные нагрузки на базе 24EW


А также уменьшенный, с транзисторами в корпусе ТО220, максимальный ток 20А, такой ставится в тестеры батарей, например этот, или в нагрузку на базе контроллера CL24. Обусловлено это тем, что там токи максимум в 20А.


Вообще у меня давно была мысль сделать свой коммутатор под нагрузки данных серий, но все как-то откладывал. И тут последней каплей стало обращение человека с проблемой, о которой я написал выше.
После этого всего я сел, разработал новую схему, новую печатную плату и добавил к очередному заказу на JLCPCB, пара недель и в руках готовые платы.
Вообще сервис мне реально понравился, рекомендую, если есть какие-то вопросы, могу подсказать то, что сам знаю.


Первым делом проверил, подходит ли плата на штатное место, подходит идеально, хотя есть небольшой нюанс, о нем позже.


Перед заказом я обычно сначала изготавливаю тестовый образец, туту было также, но до сборки дело не дошло, проблема нашлась гораздо раньше.
Суть в том, что я сначала разработал плату под нагрузку 24EW и все было бы идеально если бы не одно НО, у нее коммутация идет по цепи питания, земля при этом не рвется.
У CL24 и BW150 наоборот, 12 вольт приходят всегда, а рвется земля, что на мой взгляд неправильно, ибо правилом хорошего тона всегда рвем питание, а землю не трогаем, то же самое касается и измерительных шунтов, но там ситуация сложнее.

Пришлось снова сесть за компьютер и немного доработать схему. в итоге получилась новая универсальная версия, которая подходит к обоим типам управления без каких либо джамперов и т.п.

Кстати новая версия имеет еще одно важное отличие от самой первой, которую я применял. У первого варианта схема не давала подключить силовой узел если что-то включено в неправильной полярности, у новой схема разрешает подключение если все подключено в правильной полярности.
Выглядит одинаково, но на самом деле это не так.
Старая схема работала по принципу запрета, если что-то плохо, то запрещаем, в остальных случаях разрешаем, даже если на входе нет напряжения.
Новая схема разрешает работу если на обоих входах не только есть напряжение в правильной полярности, а и если оно выше примерно 1.5-1.8 вольта, т.е. без напряжения она батарею к зарядному не подключит.



Теперь надо проверить, что получилось. Беру детальки и паяю их в плату.


Получилось относительно аккуратно, хотя некоторые места я уже немного подкорректировал для повышения эргономики использования.


Плат я заказал пару десятков, но собирал две штучки на пробу. Попутно когда трассировал, постарался сделать ее не только под типовые нагрузки Аторч, а и чтобы я сам мог их применять для своих нужд, т.е. во встраиваемом варианте.

Клеммы такие же как у Аторча и точно также есть гнездо 5521 для подключения менее мощных зарядных.



Деталек здесь явно больше чем у Аторч, попутно добавил светодиоды корректности подключения зарядного, которые светят независимо от того, подключена плата к нагрузке или нет.
Также сделал вариант установки как SMD предохранителя, так и обычного автомобильного на 25А, первый должен иметь меньше падение.

Кстати насчет предохранителя. По большому счету он тут теперь не сильно нужен и защищает по сути только от одной ситуации - подключено и зарядное и батарея, а нагрузка выдает сигнал коммутации, т.е. идет цикл заряда батареи и в это время вы коротите клеммы зарядного. Получается что узел коммутации открыт, но при закоротке весь ток идет через транзисторы. Да, схема постарается их закрыть, но не факт что успеет, потому в случае пробоя транзисторов должен сгореть предохранитель. В остальных ситуациях он только мешает, так как имеет ненулевое сопротивление.




Кроме клемм и прочего постарался выполнить платы в том же стиле что и платы Аторч, даже маска того же цвета :)


Увы, в одном месте все таки накосячил, благо не фатально, перепутал маркировку (хорошо что просто маркировку), S и D.



Как я писал, добавился индикатор полярности зарядного, начинает светить примерно от 2-2.5 вольта, при 3 вольтах светит уже довольно ярко, максимальное напряжение 50 вольт.


Также на плате есть светодиод желтого цвета, он светит только когда соблюдены следующие условия:
1. На входе зарядного правильная полярность и напряжение выше 1.5-1.8 вольта
2. На входе батареи правильная полярность и напряжение выше 1.5-1.8 вольта
3. Приходит сигнал управления.

Т.е. это именно индикатор работы узла коммутации, а не просто сигнала управления.


Но ведь интересно проверить, а точнее, еще и сравнить, чем же отличаются родные платы от моей. Для этого использую блок питания RD3060 и нагрузку на базе CL24, которая кстати содержит внутри подобный узел коммутации.


Проверяем. Напряжение 12 вольт, от него здесь питалась и схема управления, ток 1, 5 и 10А, старая версия платы Аторч.
Слева режим теста, по центру падение на цепи транзистора, справа падение по цепи предохранителя.
Суммарно вышло соответственно 0,04, 0.2 и 0.44 вольта


Вторая версия платы Аторч, ток тот же, 1, 5 и 10А, хотя при 10А ей было уже тяжело.
Суммарное падение - 0.36, 0.55 и 0.78 вольта, мрак...

Любопытно другое. по даташиту у примененного транзистора сопротивление 75мОм, а судя по измерениям, скорее около 35мОм, возникает вопрос, а что это вообще за транзисторы...


Теперь моя плата в базовой версии, токи те же, 1, 5 и 10А плюс 20А, очередность и место измерения то же что и раньше.
Суммарно - 0.015, 0.076, 0.16 и 0.346 вольта. Думаю и без микроскопа видно, что падение при 20 ампер меньше чем у плат Аторч при 10А первой версии, не говоря о второй.


Вторая плата, здесь внесены два изменения, предохранитель заменен на SMD, стоит один на 30А, хотя место заложено под два по 15, так было бы лучше. Кроме того усилена дорожка между силовыми транзисторами.

Режимы те же, 1, 5, 10 и 20А.
Суммарно - 0.013, 0.115, 0.14 и 0.312 вольта, чуть меньше чем у первого варианта, так что возможно так и буду делать.


На самом деле картина чуть хуже. Дело в том что и медь и транзисторы имеют положительный ТКС, т.е. сопротивление растет по мере прогрева, соответственно в горячем состоянии падение будет выше. Я не стал тестировать все платы, потому как зависимость будет плюс минус такая же, прогнал последнюю.
Ток 20А, по цепи коммутации было 0.232 вольта, стало 0.285 вольта, по цепи предохранителя было 0.0804, стало 0.0826, суммарное увеличилось с 0.312 вольта до 0.367 вольта, но все равно лучше чем у первой платы Аторч при 10А.


Температура транзисторов, по крайней мере правого, в таком режиме около 110 градусов, многовато конечно, потому 20А это длительный максимум, температура платы в районе предохранителя около 85 градусов, на самом предохранителе думаю также было около сотни градусов.


Ситуацию можно немного улучшить если ставить радиаторы больше размером, возможно попробую, может заменю только правый, потому как слева радиатор и так довольно близко к клеммам что может мешать.
Еще есть вариант принудительного включения куллера нагрузки на малые обороты, это сильно поможет, попутно будет охлаждаться и шунт нагрузки, к сожалению не подходит нагрузкам на базе DL24EW.


Как я уже писал, модуль полностью совместим с нагрузками серий DL24EW, CL24 и BW150, а также всех новых, которые поддерживают управление зарядом. Речь идет как об электрической, так и механической совместимости.


Теперь о цене и о том, чем мой вариант данного модуля лучше родных.
Для начала о разнице:
1. Падение напряжения, выше я показал что родной модуль, особенно второй версии совершенно не подходит для заряда низковольтных ячеек и батарей.
2. Защита от переполюсовки, в моем варианте это именно полная защита, плата просто не подключит зарядное к батарее если хоть что-то будет не в правильной полярности.
3. Защита от обратного тока. В случае варианта Аторч питание от батареи будет всегда поступать в сторону зарядного через диод полевого транзистора и здесь ничего не сделать. В моем варианте цепь рвется полностью и это попутно защищает от выхода из строя ваше зарядное, особенно если это зарядное на базе ЛБП или ДСДС преобразователя. Также это повышает просто безопасность использования.
4. Больше ток, первая версия Аторч имеет максимум 7-10 ампер, вторая максимум 5 ампер, здесь ток до 20А, с принудительным охлаждением до 25А.
5. Индикация корректности подключения зарядного.
6. Напряжение коммутации, здесь выигрывает Аторч, потому как моя плата коммутирует до 50 вольт, у аторча думаю можно коммутировать и 200. Вернее не так, коммутировать она может и 100 вольт, но если напряжение будет выше 50 и вы перепутаете полярность, то транзисторы пробьет потому как они она 100 вольт, а в случае переполюсовки напряжение зарядного и батареи суммируется.


Что по цене. планируемая цена 450грн за модуль плюс комплект крепежа, если у вас уже есть плата коммутатора Аторч, то 400грн, в этом случае клеммы и крепеж в комплект не входят, так как у вас они уже есть.
Да, не очень дешево, но я не Аторч, у меня нет таких объемов и оптовых входных цен :(

На ОЛХ лот будет позже, а пока можно писать на имейл.




На этом у меня на сегодня всё, надеюсь что моя платка будет полезной как вам, в плане эксплуатации, так и мне, в виде небольшого заработка на дальнейшие разработки. Возможно позже для подписчиков патреона будет добавлена схема и трассировка для самостоятельного изготовления.
Как обычно буду рад вашим комментариям и пожеланиям.