SIN90S, ампервольтметр із розширеним функціоналом

У процесі розвитку теми створення пристрою для тестування та балансування багатокоміркових акумуляторних батарей знадобився багатофункціональний вимірювач. Але оскільки його планували використовувати разом з електронним навантаженням, то й вимірювач потрібен був дещо незвичайний.
Огляд, опис, тести та невелика повчальна історія — під катом.


Тема створення пристрою для тестування батарей не заглухла. Просто для його виготовлення потрібно багато різних вузлів, і більшість із них уже є. Але вже можна скласти певний список, на основі якого його збиратимуть.
1. Регульований DC-DC перетворювач DPS8005 відповідає за заряджання акумулятора та будує графік заряджання на комп’ютері — посилання
2. Модуль багатоканального вольтметра: вимірювання напруги на кожному акумуляторі збірки та виведення даних на комп’ютер — посилання.
3. Електронне навантаження потужністю 150 Вт, розряджання тестованого акумулятора струмом до 2 А — посилання
4. Модуль вимірювання ємності та керування електронним навантаженням — поточний огляд.
5. Живлення силової частини пристрою: два блоки живлення на 48 В — посилання
6. Живлення керувальної електроніки та вентиляторів, для яких 90 В на вході забагато. Поки що підбираю варіант. Це буде або окремий БЖ, або DC-DC перетворювач.
7. Корпус уже підібрано, його покажу в цьому огляді.
8. 19 балансирів зі струмом до 2 А.
9. Радіатори, вентилятори, роз’єми, запобіжники та інше, найімовірніше, куплю на місці.


Оскільки ємність збірки планували вимірювати не лише під час заряджання, а й під час розряджання, що правильніше, електронним навантаженням треба було чимось керувати. Не хотілося робити все з нуля, тож обрали варіант, уже показаний в одному з моїх оглядів. Цей варіант працює доволі непогано, але в тому огляді був ампервольтметр зі струмом до 100 А, що для наших 2 А дещо... забагато. Точність вийшла б зовсім ніяка.
Ідеально було б використати ампервольтметр на кшталт цього, але, на жаль, вони часто обмежені і за напругою (30 В), і за функціональністю, а нам потрібне було керування зовнішнім пристроєм — у цьому разі електронним навантаженням.

Загалом ми з товаришем шукали в інтернеті різні варіанти й натрапили на прилад під назвою SIN9020, який уміє вимірювати напругу до 90 В і струм до 20 А. Але пошук на Ali хоч і видавав схожі лоти, у назві було написано: «4 байти, червоний світлодіодний подвійний дисплей». У деяких продавців і фото від покупців були такі самі, хоча на головному фото було саме те, що нам потрібно. Загалом ризикувати не хотілося.

1. Те, що називається «4 байти, червоний світлодіодний подвійний дисплей», як ви розумієте, — зовсім інший вимірювач.
2. Альтернативний варіант — VAC-1030A, 120 В, 30 А, але в продажу ми його не знайшли. Складається враження, що його зняли з продажу, хоча в нього є реле, і це варіант із найменшим можливим струмом у серії VAC.
3. Поки шукав різні варіанти, натрапляв на прилади тієї ж серії, що й той, який оглядаю (судячи з дисплея), але навіть з безконтактним датчиком Холла, причому коштує він лише близько 20 доларів.
4. Зрештою пошук привів на ТаоБао, де знайшовся непоганий магазинчик, ще й із безкоштовною доставкою до посередника. У тому ж магазинчику трапився прилад зі струмом до 1000 А.



До пакування претензій немає, усе просто чудово: прилад обмотали пухирчастою плівкою, поклали в пакет, який додатково обгорнули ще одним великим захисним листом. Єдиний мінус — у такому разі доставка коштує дорожче.


У продавця було два варіанти:
90 В, 20 А — двосторонній — $12.25
90 В, 20 А — подвійний захист ременя — $14.29

Характеристики обох варіантів. Тут не вказано напругу живлення, але, наскільки я зрозумів, у разі живлення від вимірюваного кола — 10–90 В, від окремого входу — 10–14 В.


Оскільки я не був упевнений, що розумію, про що йдеться в цих назвах, то про всяк випадок замовив дорожчий варіант. Зрештою отримав ось такий комплект.


Отже, до комплекту входять:
1. Вимірювач
2. Плата з шунтом і клемами
3. З’єднувальний провід.


Корпус приладу знайомий багатьом радіоаматорам: у такому ж був попередній вимірювач, а також різні перетворювачі серії DPSDPH. Для прикладу праворуч — перетворювач DPS8005, який використовуватиметься разом із вимірювачем, що оглядається.


Креслення з розмірами.


Якщо зняти задню кришку, можна дістатися до начинки. Одразу видно, що плата передбачає встановлення шунтів і силового роз’єму безпосередньо на ній.


Але взагалі всередині заховано дві плати: контролера з дисплеєм і вимірювальна з живленням.


Плата контролера нічого особливого собою не являє: з одного боку дисплей і три кнопки, з іншого — мікроконтролер STM8S005 і нескладна обв’язка.


А от на вимірювальній платі компонентів значно більше.


Спочатку живлення надходить на передстабілізатор, а потім — на ШІМ-стабілізатор на базі 34063.
Вимірювальний здвоєний ОП MCP6002, буквально нещодавно я оглядав перетворювач, у якому були саме такі.


Силову плату виконано окремо. Припускаю, що в дешевшому варіанті постачання її в комплекті немає, та й по суті вона мені не потрібна. Але оскільки я не був певен, що знайду сигнал керування (та й не факт, що він там був би) у дешевшій версії, то замовив повний комплект.

Ліворуч видно роз’єм для підключення зовнішнього живлення, за ним розташована перемичка на два положення — 3W і 2W. Перший режим — для зовнішнього живлення, другий — для живлення від вимірюваного кола. Але «є один нюанс»: у режимі живлення від вимірюваного кола реле не працює, його можна живити лише через додатковий роз’єм.
Праворуч — чотириконтактний роз’єм, через нього підводиться і живлення, і вимірювальна частина, а також здійснюється перемикання.

Власне, найімовірніше, окреме живлення реле зроблено саме з цієї причини: в одному з двох режимів живлення може проходити через його контакти, а крім того, реле може перевантажити стабілізатор живлення. У режимі зовнішнього живлення допустима напруга становить 10–14 Вольт, у режимі живлення від вимірюваного кола — 10–90 Вольт.


Внутрішня схема основних з’єднань силової плати. У режимі із зовнішнім живленням використовуються контакти Cb, B+ B-.


В інструкції був опис підключення версії без реле, по суті воно не надто відрізняється від мого варіанта:
IN- = B-
IN+ = B+
Out- = Cb


Знизу нічого особливого немає. Використано реле зі струмом до 30 Ампер для контактів NC і до 40 Ампер для NO, що для цього пристрою навіть із запасом за струмом.
Опір шунта в мене вийшов 2.9 мОм, вимірював зверху. За струму 20 Ампер виходить 58мВ, що не дуже узгоджується зі стандартними шунтами на 75мВ, але, можливо, підійде і стандартний — тільки доведеться заново виконати калібрування.
Опір контактів NC реле — 2.36 мОм, виміряв просто про всяк випадок.




Я неодноразово пишу про складнощі використання звичайних реле для комутації постійного струму й зрештою вирішив навести реальний приклад того, що буває, якщо....

Усе почалося досить давно, майже 50 років тому. Троє американських астронавтів вирішили, що вдома їм не дуже цікаво і непогано було б зібратися втрьох та провести вихідні на Місяці. Астронавтів звали Джеймс Ловелл, Джон Суайгерт і Фред Хейз.


Як і годиться, на пікнік вони взяли із собою пиво, сосиски й портативний магнал, а оскільки летіти було далеко, спорядили велику ракету й назвали її «Аполлон-13». Старт відбувся 11 квітня 1970 року, саме в суботу — мабуть, щоб до неділі встигнути на Місяць, а в понеділок повернутися на роботу в NASA.


Коротше, летять собі троє товаришів, летять, і десь за 300000 км від Землі раптом щось бахнуло. Перша думка — знову Хейз жартує, упустив комусь на ногу батарею, жартівник. Але ні, реальність виявилася значно простішою: одного кисневого бака стало менше, а оскільки це не улюблене шосе в Колорадо з купою СТО, то просто так його не полагодиш. Далі пролунала знайома багатьом радіограма —
Х’юстоне, у нас проблеми!

Заодно з’ясувалося, що крім кисневого бака вони втратили GPS-навігатор, mp3-плеєр радіо, а ще щось почало витікати в космос.


Х’юстон відповів: нікуди не йдіть, ми зараз щось придумаємо. Ну й вигадали: мовляв, летіть далі, а там розвернетеся й уже потихеньку назад.
Заодно друзі позбулися контейнера із сосисками, пивом і улюбленим мангалом Хейза, скинувши його (мангал, а не Хейза, хоча можна було й його заодно) на Місяць. А щоб хоч якось компенсувати витрати, провели це по бухгалтерії як науковий експеримент, навіть красиві графіки намалювали й сказали, що обчислювали товщину місячної кори.


Заодно з'ясувалося, що дихати стає дедалі важче, і пролунало друге:
Г'юстоне, у нас знову проблеми!!1

На що Г'юстон відповів: не бійся, треба з'єднати он ту штуковину з тією фігнею той шланг із тією коробкою — і все буде ОК. Усе було б ОК, якби не одна проблема: шланг круглий, а коробка прямокутна (жодної стандартизації). Зрештою фахівець NASA на ім'я Смайлі запропонував розв'язання проблеми. Для цього треба було всього-на-всього взяти поліетиленову оболонку костюма охолодження, картонні обкладинки від плану польоту, шматок улюбленого рушника Хейза (мабуть, на зло жартам) і моток синьої ізоляційної стрічки. На фото праворуч якраз уся ця конструкція з лайна й палиць, а оскільки фото чорно-біле, синьої ізоляційної стрічки майже не видно :(

Але треба віддати хлопцям належне: на фото вони продовжують усміхатися (ну, принаймні Ловелл і Суайгерт), і досить оптимістично — зважаючи на те, що вони бовтаються за сотні тисяч км від Землі в напівробочій консервній бляшанці, без пива й сигар, та ще й там так холодно, що Хейз зрештою захворів. Схоже, рідину для зігрівання протирання теж випадково скинули.


Насилу дісталися хлопці додому, спустилися й вирішили з'ясувати, хто є хто і кому треба дати по його нахабній рудій пиці. Ну й заодно дати по шиї фотографу, бо той примудрився завалити горизонт на фото.


Отже, директор NASA покликав свого головного інженера, нехай його звуть Джон Сміт, і питає:
- Джонні, що за дурня?
- Та це в нас реле заглючило.
- Джонні, де ти взяв реле, дурнику?
- Та як завжди, на Ali, у відомому магазині Store929593490, рейтинг 98.3, 5435 продажів. Ви ж самі сказали скоротити бюджет.
- Джонні, ти бовдур.
- Чому?
- А даташит читав?
- Та хто ж їх читає? Я всім так робив, ніхто поки не скаржився.
- RTFM, Джонні, RTFM!

Усе виявилося просто й доволі прозаїчно: розумні китайські американські інженери взяли термореле з контактами на 28 Вольт, але під час роботи зовсім забули, що це не вантажівка з акумулятором на 24 Вольти, а в мережі 65 Вольт. Зрозуміло, контакти приварилися, і бак замість 27 градусів нагрівся майже до 540 (про всяк випадок вони навіть зробили хорошу теплоізоляцію). Але й цього їм виявилося замало: інженери зробили шкалу приладу лише до 27 градусів, а все, що було вище, показувалося як 27 (щоб нікого не засмучувати). Одне слово, мегафейл. Хто не вірить — ось доказ.

Ну й, власне, мораль цієї історії: контакти на постійному струмі працюють дуже погано, а для напруги понад 28 Вольт зазвичай застосовують уже інші системи, бо в такому разі контакти або приваряться, або виникне дуга й вони прогорять — усе залежить від типу навантаження та режиму роботи.
На фото — приклад випробування в лабораторії NASA, під час якого вони якраз і приварилися. Одне слово, через таку помилку зірвали посадку на Місяць, занапастили станцію, ледь не відправили до країни вічного полювання трьох астронавтів, а все NASA наклало в штани.



Іноді я сварю китайських розробників дешевих пристроїв, а виявляється, що цілком собі американці примудрилися так накосячити на космічній станції вартістю кілька мільярдів доларів. Будьте уважні, коли проєктуєте пристрій, навіть якщо це не атомний реактор і не космічна станція.



Цілком випадково звернув увагу, що обидві плати не лише однакового розміру, а й мають однакове розташування кріпильних отворів. Крім того, роз'єми майже збігаються — зміщені на один контакт. Фактично можна зібрати все в один вузол і прибрати шлейф.


Зовнішній вигляд приладу повністю ідентичний версії VAC1100 та аналогічним моделям: той самий екран і ті самі три кнопки праворуч. Навіть кнопки натискаються так само туго, дуже туго — просто якийсь морок.


Перед випробуваннями вирішив виміряти споживаний струм і мінімальну напругу живлення.
У мене вийшло, що прилад запускається за напруги 9.8 Вольта, але нормально працювати починає за 11, споживаючи при цьому 40мА. Через одну-дві хвилини підсвічування автоматично вимикається, і струм падає до 19-20 мА. Приблизно такий самий струм за напруги живлення близько 60 Вольт, але з увімкненим підсвічуванням.
До речі, про підсвічування. Те, що його можна вимкнути, звісно, добре, а от те, що цю функцію ніяк не налаштувати, — дуже погано.


А тепер про те, що виводиться на екран і як усе це працює. В інтернеті є інструкція до цього приладу, але здебільшого все й без неї цілком зрозуміло.

1. Вольтметр
2. Амперметр
3. Індикатор заряду батареї, обчислюється на основі відданої/отриманої ємності та значення, заданого в налаштуваннях.
4. Ємність, що пройшла через прилад, в А·год і поточна потужність у Ватах.
5. Ємність, що пройшла через прилад, у Вт·год і таймер
6. Кнопки керування
7. Перемикання режимів роботи.

Кнопки вгору/вниз переміщують жовтий курсор, коротке натискання ОК вмикає/вимикає режим, тривале (2-3 сек) переводить у режим налаштування параметра.


1. Після подавання живлення курсор завжди перебуває в середньому положенні; у цьому режимі натискання ОК вимикає реле (за замовчуванням реле завжди вмикається автоматично). При цьому стрілка показує, у якому напрямку тече струм: від навантаження до джерела чи навпаки, хоча тут усе відносно. Крім того, якщо стрілка червона/зелена, вихід активний, а якщо сіра — неактивний.
2. OVP — налаштування обмеження максимальної напруги
3. OPP — обмеження потужності, свого роду захист від перевантаження.
4. OCP — обмеження струму навантаження.
5, 6. Вихід неактивний, але стрілка, що показує напрямок струму, все одно працює.
7. OFT — обмеження часу роботи.
8. OAH — обмеження ємності батареї; на основі цих даних також обчислюватиметься відсоток заряду на індикаторі. Відповідно, струм в одному напрямку збільшує відсоток, а в іншому — зменшує.
9. LOP — обмеження мінімальної напруги
10. Коротким натисканням активуємо потрібні обмеження, які працюватимуть за схемою логічного АБО, тобто спрацює перше досягнуте.
11. Якщо параметр уже досяг обмеження, увімкнути реле не вдасться; наприклад, тут я зміг увімкнути його лише з останнім вибраним обмеженням.
12. Майже на всіх фото батарея «розряджена»; для прикладу я під'єднав прилад так, що відлік іде в бік «заряджання», стрілка світиться червоним, а лічильники А·год, Вт·год і відсоток заряду збільшуються, при цьому відображається потужність навантаження.

За замовчуванням усі параметри встановлено на 00.00. Як я вже писав вище, у режим налаштування параметра переходимо тривалим натисканням, потім налаштовуємо кнопками вгору/вниз, але якщо нічого не змінювали, вийти не вдасться — для цього треба хоча б раз натиснути кнопку вгору або вниз.


А тепер трохи тестів.
Спочатку вимірювання напруги. Я випробував варіант із живленням від джерела, починаючи з 11 Вольт і закінчуючи майже максимально можливими 90 Вольт. У всьому діапазоні точність явно вкладається в заявлену похибку 1% і навіть краща.


Для перевірки точності вимірювання струму довелося використати модніший блок живлення та навантаження. Прилад було під'єднано так, щоб його власний струм споживання не впливав на результат вимірювання.



Зі струмом ситуація помітно гірша. Для початку, навіть без навантаження прилад показував приблизно 40-50мА, але я вирішив перевіряти «як є».
У результаті виявилося, що майже в усьому діапазоні від 100мА до 12 А покази приладу «відстають» від реальних на 40-80мА. 15 і 20 Ампер вимірювалися іншим приладом, оскільки мій основний має діапазон до 10, і навіть показані 12 для нього сильно завищені.

Звісно, виникає закономірне запитання: як так виходить, що без навантаження було 0.04А, а з навантаженням вийшло 0.01А? Усе просто: 0.04А було в зворотному напрямку, тобто зі знаком мінус; на всіх фото, крім першого, стрілка зелена, а на першому — червона.


Причина всього в тому, що прилад вимірює обидві полярності струму, тому формально його діапазон не 0-20 Ампер, а -20 - 20 Ампер, або 40, якщо рахувати повний діапазон зміни. Відповідно, це породжує дві проблеми:
1. Точність нижча, ніж якби він вимірював від нуля до 20 Ампер
2. Потрібно точно виставити нуль.

Навіть на фото з магазину видно, що за просто під'єднаного живлення на індикаторі є певне значення, у цьому випадку 80мА.


Для калібрування треба зайти в налаштування; щоб це зробити, перед подаванням живлення затисніть кнопку ОК, після відпускання з'явиться меню калібрування. Перемикання пунктів кнопкою ОК, активація кнопками вгору або вниз.
1, 2. Є режим Mode, можна змінювати його значення від нуля до п'яти, але, перебравши всі варіанти, я не помітив різниці.
3. Режим 0.0А — калібрування нуля. Вмикаємо прилад без навантаження і кнопкою «вниз» або «вгору» добиваємося нульових показів. У моєму випадку треба було натиснути «вниз».
4. Натискаємо ОК, поки не потрапимо на пункт «Save», тепер натискаємо «вгору» або «вниз», щоб зберегти налаштування. При цьому на екрані змінюється число, і щоб нічого не збити, перед вимкненням живлення я один раз натискав «вгору» і один раз «вниз».

Тут же можна побачити пункт калібрування за двома значеннями напруги — 10 і 40 Вольт, а також за однією точкою для струму, відповідно -4 Ампера і 4 Ампера.


Загалом прилад і до цього вкладався в заявлені 2%, але після калібрування стало трохи краще.
Зате тепер я помітив іншу проблему, її показано на двох останніх фото:
1. Струм навантаження — 100 мА, одразу після тесту великим струмом прилад показує 140 мА
2. Через 15–20 секунд покази нормалізуються. Імовірно, впливає нагрівання шунта.


Корпус для пристрою вже придбано. Цього разу ми не стали заощаджувати й узяли майже найбільший варіант металевого корпусу Bahar. Звісно, здається, що він завеликий, але з огляду на те, скільки всього треба вмістити всередині, він уже не здається таким великим. Хоча цього разу не останню роль відіграли й розміри передньої панелі.


Я вже якось розповідав про цей корпус в огляді перетворювача ZXY6020S.


Тепер щодо підсумкових висновків. Можу сказати, що певною мірою я розчарований. Звісно, я не мав ілюзій щодо високої точності, але для мого завдання просто не знайшов нічого придатнішого. Найбільша проблема в тому, що прилад вимірює до 20 амперів, а мені насправді потрібно до 2–3. Як варіант бачу або замінити шунт на такий, що має вдесятеро більший опір, або збільшувати його, доки дозволятиме запас для калібрування.
У першому випадку доведеться перераховувати покази, у другому я просто матиму величезну похибку за великих струмів, але перший варіант реальніший.
Крім того, є зауваження до термостабільності шунта: тут або змиритися, або замінити його на нормальний, 20 А 75 мВ.

І остання, але не менш важлива проблема — кнопки надто тугі. На фото внутрішнього устрою видно, що кнопки найзвичайнісінькі, але як же туго вони натискаються в корпусі...

В іншому це звичайний прилад із середньою точністю, хоча заявленим характеристикам він відповідає. Не завадила б повна інструкція, де можна було б подивитися варіанти додаткових налаштувань. До речі, в інструкції цей пункт є в змісті, але опису налаштувань у самому тексті немає. Наприклад, я б вимкнув режим енергозбереження.


На цьому, власне, і все. Буду радий і запитанням, і коментарям. Крім того, можливо, хтось підкаже щось зручніше для мого завдання.

Прилад обійшовся в $15.31, вага — 110 грамів, згідно з інформацією від посередника. Вартість доставки від посередника залежить від різних чинників, наприклад від кількості товарів, а також від наявності інших товарів у замовленні.