Контролер електронного навантаження Sousim, або ще один пристрій для утилізації «зайвої» електроенергії

Минулого року я робив огляд двох електронних навантажень виробництва Sousim. Одну я успішно застосував, а сьогодні дійшла черга до другої, яка спочатку вміла керуватися лише за допомогою комп’ютера.


Напевно, варто почати з передісторії.
Спочатку я планував використовувати електронне навантаження з комп’ютером, але це виявилося дуже незручно, оскільки рідне ПЗ було вкрай кривим, і я не зміг із цим упоратися. Тоді ж я писав, що існує окремий контролер для такого електронного навантаження, і навіть викладав його фото.


Зрештою я загорівся ідеєю зробити автономне електронне навантаження з цим контролером. У процесі з’ясувалося, що все не так просто, як може здатися на перший погляд.
Для початку, їх ніде не продають, але на ТаоБао знайшовся продавець, який торгує продукцією фірми www.xldn.net, яка, своєю чергою, і зробила цей контролер, розмістивши інформацію про нього на своєму сайті. Щоправда, там же написано, що навантаження може працювати зі струмами до 50 Ампер, але на момент замовлення я не знав про таку версію й замовив варіант лише на 20 Ампер.
Але оскільки я не знав, як її купити, то звернувся по допомогу до менеджерки yoybuy.com, за що їй окрема подяка.
Якщо дуже коротко описати весь процес, то він виглядав так:
Я пишу менеджерці, вона пише продавцеві, продавець пише виробнику контролера.
Виробник виготовляє контролер, продавець купує його у виробника, отримує, перевіряє, додає до свого магазину, а я купую його звичайним способом через посередника.

Але це дуже коротко, бо виникали труднощі на кшталт того, що менеджерка не технарка, спілкування ламаною англійською, переклад технічних термінів з англійської на китайську — словом, ще той екстрим :) Усе це зайняло приблизно два місяці, і зрештою я замовив та отримав омряну платку.
Вийшла вона дуже дорогою — близько 28 доларів із доставкою по Китаю, та ще й послуги посередника, але відступати мені вже було нікуди, особливо після того, як я затіяв увесь цей процес.

У замовленні було два товари, один зовсім дрібний — його огляд, найімовірніше, буде колись потім, тим паче що річ обіцяє бути цікавою. Паковання доволі велике, загальна вага становила 220 грамів.
Контролер замотали в плівку так, що пошкодити його було б ну дуже важко.


Комплект гранично простий і лаконічний:
1. Контролер
2. Два комплекти: провід + роз’єм
3. Інструкція.


Оскільки контролер доволі універсальний, інструкція не зовсім до нього, хоча, по суті, мені важливо було лише знати відповідність кольорів проводів, та й узагалі можна було обійтися без інструкції.
Подвійний провід призначений для підключення інтерфейсу RS485.
П’ять проводів потрібні для підключення живлення та вимірювальних кіл, причому червоний + чорний = живлення, жовтий = вимірювання напруги, синій + білий = вимірювання струму. Останню пару проводів було спаяно разом, тож натяк був цілком зрозумілий.
Спочатку для мене було загадкою, навіщо вимірювати напругу й струм, якщо ті самі дані можна отримувати від електронного навантаження, але, як виявилося, згодом це мене певною мірою врятувало.


Майже всю передню частину займає дисплей із роздільною здатністю 128х64 точки, з контролером типу CoG (Chip on Glass).


Праворуч розташовані три кнопки керування та двоколірний світлодіод. Ще правіше видно контактні майданчики: до них можна припаяти роз’єм і підключити керування та індикацію окремо. Була надія, що можна підключити енкодер, але ні — тільки хардкор, тільки три кнопки.


Вже потім я помітив, що, виявляється, існує і декоративна рамка, хоча, з іншого боку, не факт, що з нею все влізло б у корпус.


Дисплей встановлено на додатковій платі, яка, своєю чергою, з’єднується з основною.


А коли я перевернув плату, то на деякий час навіть трохи «завис»... Близько 30 доларів за кілька компонентів?
Але в будь-якому разі альтернатив усе одно не було: розібрати протокол керування я б не зміг, а вже написати власну програму для мікроконтролера — і поготів. Словом, не вмієш працювати головою — працюй руками грошима.


Насправді це в моєму випадку все таке порожнє й просте, а в нормальному варіанті плата має значно серйозніший вигляд. Наприклад, ось фото цієї ж плати, але для контролю батареї з 32 елементів. У цьому випадку виробник просто використав цю плату як основу для простішої конструкції.


А ось так виглядає один із варіантів відображення на екрані контролера.


Під час замовлення продавець запитав, який діапазон напруги живлення потрібен. Було два варіанти: 35–200 В і 6–35 В. Оскільки в мене живлення 12 В, я вибрав другий варіант.
Але приємним було те, що стабілізатор має гальванічну розв’язку, яка одразу розв’язує проблему «земляних петель» і загалом полегшує роботу. Не забуваймо, що на платі навантаження інтерфейс RS485 також гальванічно ізольований від силової частини.
Збоку знайшлася ще одна кнопка. Експерименти показали, що вона скидає налаштування плати до початкового стану.


Компонентів дуже мало.
1. Приймач-передавач RS485
2. Операційний підсилювач.
3. EEPROM

Крім того, на платі виявилося місце для підключення пари датчиків температури, але, судячи з усього, у цьому режимі вони працювати не будуть..


На сторінці виробника було заявлено —
it uses all imported 18-bit AD sampling voltage and current
Це означає використання 18-бітного АЦП, тому я демонтував плату перетворювача й дістався до мікроконтролера. Припускаю, що це звичайна STM, але не знаю, чи існують вони з 18-бітним АЦП.


Особливо більше оглядати нічого, тож перейду до опису роботи.
1, 2, 3, 4. Верхньою кнопкою можна вибрати один із чотирьох режимів роботи: CC, CV, CW і CR. Нею ж вмикається режим зміни параметрів, у якому нижні кнопки збільшують і зменшують значення параметра.
5. Середня кнопка вмикає/вимикає підсвічування, а якщо її довго утримувати — скидає лічильник А·год.
6. Нижня кнопка вмикає/вимикає власне навантаження.


Послідовні натискання верхньої кнопки переводять контролер у режим задання додаткових параметрів і зміни налаштувань.
1. Відображення поточної вхідної напруги.
2. Коригування роботи із зовнішнім вимірювальним шунтом.
3, 4. Задання мінімального порогового значення напруги й струму, за якого навантаження вимикається.


1, 2. Введення часу. Не експериментував, але, наскільки розумію, задає обмеження часу роботи.
3. Коригування падіння напруги на мінусовому проводі до клеми. Коригування дуже точне, дає змогу врахувати падіння напруги під струмом. Налаштовується за струму 1 А, а далі пропорційно змінює відображувану напругу залежно від струму навантаження. Фактично реалізує «віртуальне» чотирипровідне підключення.
4. Адреса пристрою в системі.

Про мову — окрема розмова. Я кілька разів писав, що мені потрібна англійська, але зрештою отримав китайську. Щоправда, меню тут небагато.


Під час роботи екран має приблизно такий вигляд:
У верхньому рядку — час роботи в режимі навантаження, поріг обмеження напруги, поріг струму (по суті, просто нагадування).
Нижче відображаються режим роботи й задане значення параметра.
У самому низу — чотири значення: виміряна напруга, виміряний струм, розрахункова потужність і ємність в А·год.
Напруга й струм вимірюються досить точно, до цього я ще повернуся пізніше.


На сторінці виробника виглядає приблизно так само.


Награвшись, я перейшов до складання. Для цього використав контролер, електронне навантаження, блок живлення 12 В 0,5 А, корпус та іншу дрібноту.


Відеоогляд електронного навантаження


Використав корпус, який довго лежав десь у шафі. Назву вже й забув, якщо не помиляюся, щось із серії КМ. Розміри корпусу — 178х140х69мм.
Головна перевага цього корпусу в тому, що в ньому немає стійок для з’єднання верхньої та нижньої частин, тому можна використати більшу корисну площу передньої панелі.


Модуль навантаження зазнав деяких змін: пищалку й роз’єм для підключення RS485 переніс на протилежні боки їхніх плат, стійки вкоротив. Це було потрібно, щоб зменшити загальну ширину конструкції.


Під час спілкування продавець написав, що для правильного підключення потрібен окремий вимірювальний шунт зі стандартним падінням напруги 75 мВ. Я спробував відповісти, що на платі навантаження вже є шунт і додатковий не потрібен. Але зрештою з’ясувалося, що простіше погодитися. Щоправда, купувати шунт у нього я відмовився, оскільки:
1. Сумнівався, що він потрібен
2. У нас він коштує дешевше, ніж на Тао.

Але я мав невелику надію розширити діапазон навантаження до 50 Ампер, тож написав, мовляв, чи буде шунт на 50 Ампер :)


Тест підтвердив мою правоту щодо відсутності потреби у використанні додаткового шунта, а також показав, що контролер можна переналаштувати для роботи зі штатним шунтом навантаження. При цьому в налаштуваннях мені довелося вибрати шунт — 75 мВ 14.3 Ампера.
Я боявся, що в такому разі не зможу встановити струм вище цього значення, але все обійшлося: 20.1 Ампера я виставив без проблем. Щоправда, водночас я частково й засмутився: навантаження все-таки заблоковане на максимальному струмі — тих самих 20.1 А, на жаль :(
Фото просто під час перевірки різних режимів.


Далі процес складання був цілком стандартним. Спочатку я вирізав шматок пластику, щоб закрити радіатор.


Це було потрібно, щоб повітря видувалося лише за межі корпусу.


Для кріплення плати використав три стійки від материнських плат: дві вкрутив у наявні отвори, а для середньої просвердлив окремий. Зовнішня різьба стійок — близько 4 мм, внутрішня — М3.


Закріпив плату в корпусі.


Усе-таки знайшов удома одну чорну захисну решітку для вентиляторів 50 мм, але результат мені не сподобався, тож я просто трохи «модифікував» варіант на 60 мм. Також встановив роз’єм живлення. Пізніше мені спало на думку, що ззаду можна розмістити й роз’єм для підключення до комп’ютера.


Із передньою панеллю взагалі не виникло проблем, за винятком того, що довелося зробити досить велике вікно для дисплея. Загалом плата контролера майже ідеально підійшла за висотою до корпусу.
Плату контролера закріпив на чотирьох пластикових стійках, які приклеїв до передньої панелі.


Перша примірка. Блок живлення, як і минулого разу, припаяв до роз’єму живлення, але цього разу радше просто для зручності, бо місця загалом вистачало.


Коли продумував передню панель, хвилювався, що зачіпатиму вимикач живлення, тому встановив не кнопку, а перемикач і змістив його далеко вправо. Але практика показала, що я трохи перестарався.
Клеми встановив ліворуч, оскільки знизу для них не було місця. Додаткові отвори клем спрямовані ліворуч і трохи вгору — так зручніше підключати.


Цього разу й дротів значно менше, переважно тому, що керування всім здійснюється лише через пару дротів інтерфейсу RS485.


Після основного етапу складання виконав калібрування за двома точками: 1 і 11 Ампер. Друге значення вибрав із двох причин —
11 Ампер мій мультиметр ще нормально витримує.
Через незручність ПЗ мені було простіше перемикати струм між 11 і 1 Ампером, ніж між 10 і 1. Я писав про це у відповідному огляді.

Після цього під’єднав дроти від плати контролера й перевірив результат — начебто все чудово. Ну, майже чудово, адже з’ясувалося, що кут огляду дисплея майже ніякий, і якщо дивитися зверху (втім, як і знизу), зображення стає інверсним.


На цьому з внутрішньою частиною все. Дротів мало, тому вся конструкція здається дуже простою.


Як і минулого разу, вимикач комутує 12 Вольт, а блок живлення працює постійно. Заодно довелося трохи підрізати роз’єм, яким силова частина під’єднується до плати керування, інакше корпус не закривався. Але цього й слід було очікувати.


Ось, власне, і все. На мій невибагливий погляд, вийшло непогано, хоча до ідеалу ще дуже далеко, і зараз я дещо зробив би інакше.


Наприклад, радіатор треба було пофарбувати в чорний колір, а ще встановити роз’єм для підключення до комп’ютера.
Можливо, ще збільшити кількість отворів для доступу повітря.


Корпуси нового й попереднього навантажень приблизно однакові за шириною та глибиною, але відрізняються за висотою. Узагалі минулого разу була думка використати цей корпус для версії на 300 Вт, але мені трохи забракло місця, тож довелося взяти Z2A.


Можна було б на цій, загалом, приємній ноті й завершити мою розповідь, якби не один суттєвий недолік, якого мені так і не вдалося позбутися.
Річ у тім, що хоч би як точно я калібрував навантаження, з часом це калібрування має шкідливу звичку збиватися. Причому значення може зміститися як угору, так і вниз. Наприклад, вище я показав результат калібрування, а через день-два ввімкнув навантаження й побачив замість 1 і 10 А — 0.87 і 9.43 А. Витратив увесь вечір на ще одне калібрування, провівши його особливо ретельно й використавши трохи інші контрольні точки (0.5 і 5.5 А, 24 В), а наступного дня отримав спочатку замість 1 А — 970 мА, а замість 10 А — 10.02. Але під час наступного запуску результат був уже зовсім іншим: 1.02 і 10.5 А відповідно.

При цьому я помітив, що в деяких ситуаціях збій призводить не лише до зміщення параметра, а й до того, що встановлення струму стає миттєвим. У початковому вигляді встановлення струму 10 А виглядає приблизно так: одразу 9.5 А, а решта «добігає» приблизно за пів хвилини.
Навіть була думка залишити все як є, просто трохи змінити номінал шунта, але зміни відбуваються нерівномірно: наприклад, за струму 1 А зміна становить 3%, а за 10 А — уже 5%.

Але зрештою я все-таки розібрався в проблемі. Я міркував так: напруга відкалібрувалася без проблем, і за кілька місяців цей параметр нікуди не «втік», а проблема була лише з калібруванням струму. Виявилося, що один із проводів у шлейфі, який з’єднує силову плату й «мізки», погано контактував у роз’ємі. Точніше, відходила лінія керування одним із силових транзисторів, але контакт не зникав повністю — змінювався струм навантаження.
Зрештою я переобтиснув шлейф, заодно вкоротивши його приблизно втричі. Після цього все як рукою зняло: нічого нікуди не «тікає», та й сам струм тримається стабільніше. До цього періодично коливалася остання цифра — мабуть, давалася взнаки вібрація від вентилятора. Уже потім, як доповнення, встановив конденсатори на вході живлення та на лінії 5 В, від якої живиться перетворювач інтерфейсу.
До речі, з’ясувалося, що ліній 5 В дві: одна для живлення мікроконтролера, а друга — для аналогової частини, де паралельно встановлено перетворювач на -5 В.


Відеоогляд


Щодо контролера, то в мене є лише дві претензії: малий кут огляду екрана й відсутність відображення температури радіаторів, хоча друге значно менш важливе.
Якщо говорити про пристрій загалом, то мене все влаштовує. Звісно, можна навести альтернативи у вигляді готових пристроїв, але в них немає того, що потрібно мені, а саме —
Режим підтримання постійної потужності трапляється дуже рідко.
Режим обмеження напруги трапляється ще рідше, а він потрібен для тестування зарядних пристроїв: без нього коректно протестувати зарядний пристрій дуже складно.
Режим імітації постійного опору зазвичай є лише у фірмових пристроях.

На цьому все. Сподіваюся, огляд був корисним. Як завжди, буду радий запитанням і коментарям.