Плата-конструктор регулируемого блока питания, или правильный блок питания должен быть тяжелым часть 2

15.39 $
Ссылка на товар

Я думаю что некоторые читатели еще помнят мой обзор конструктора для сборки линейного лабораторного блока питания. Плата, несмотря на свои некоторые недоработки, получилась довольно интересной.
Когда мне товарищ дал ссылку обозреваемый конструктор, то первая мысль была - да это та же плата, но в реальности все оказалось немного по другому.
В общем кому интересна подобная тема и кто хочет узнать как собрать небольшой лабораторный блок питания, прошу под кат.

С обзорами различной бытовой электроники я как то отошел от свой привычной темы блоков питания. Я делал уже много обзоров как на регулируемый, так и на обычные блоки питания.
Но пройти мимо этого конструктора я не смог, думаю вы меня поймете.
В обзоре будет не только плата для сборки блока питания, а и некоторые дополнительные товары, которые я также осмотрю, покажу и выскажу свое мнение. Часть мне дали в магазине Банггуд для этого обзора, часть куплена у нас в оффлайне.

Так как многие конструкторы уже раньше были в виде разработок энтузиастов, а потом были скопированы китайскими производителями, то я провел небольшое расследование, чтобы узнать "откуда ноги растут" у данного конструктора и кое что нарыл :)

Но давайте будем последовательны, зачем нарушать привычный ход обзора.

Как всегда сначала пару слов об упаковке.
Так как товары шли с разных складов, то прислали несколько посылок, лишь только в одной было два товара сразу.
Возможно мне показалось, но вроде магазин стал более тщательно упаковывать товары.

Если вытрусить все из белой упаковки, то получим некоторое количество пакетиков.
Я не стал скромничать и заказал разные товары, но преследующие общую цель, собрать небольшой блок питания. 

Для начала конечно плата блока питания. Плата упакована в индивидуальную картонную коробочку, внутри антистатический пакет. 

Внутри пакета все просто лежит само по себе и если высыпать на стол содержимое, то будет вот такая кучка.

Вспомнив известную картинку с игрушками в песочнице, привел все в порядок, разложив более аккуратно :)
Вот на этой фотографии и становятся заметны первые отличия от предыдущего варианта блока питания. Здесь цифровое управление и соответственно присутствует ЖК дисплей.
Кроме того производитель разбил конструкцию на две платы. Одна плата силовая, вторая - управления. 

Рассмотрим платы немного внимательнее. Качество изготовления обеих плат отличное, присутствует маска и шелкография с обозначением номиналов установленных элементов, потому схема даже и не нужна, впрочем ее и не дают в комплекте. Материал платы - текстолит, а не дешевый гетинакс, что тоже является большим плюсом хоть для новичка, хоть для опытного радиолюбителя.

Силовая плата.
Размеры 84х67мм.
Эта плата изначально мне очень напомнила плату из предыдущего обзора. Сначала я даже подумал, что это она и есть, только к ней прикрутили цифровое управление, но на самом деле блоки питания кардинально разные.

Плата управления.
Размеры платы немного меньше, 80х56мм.
На плате сразу видны места под два энкодера, а также большое количество резисторов.

Так как схемы в комплекте не было, то я начертил свою. Возможно где то мог допустить ошибку, но старался быть максимально точным. Если заметили ошибку, пишите, исправлю.

Изначально планировал разбить схему на составные узлы, но сначала приведу полный вариант.
Что удивило:
Выходной конденсатор имеет емкость всего 100нФ.
Кроме входного, на плате отсутствуют электролитические конденсаторы.
Экономные китайские инженеры поставили параллельно контактам термореле конденсатор.

Как я писал в самом начале, схема не является чем то новым, потому был найден и оригинал.
Схема обозреваемой платы несколько доработана и изменена, но все равно можно увидеть что принципиально они почти одинаковые.
Схема была найдена http://tuxgraphics.org/electronics/200506/article379.shtml">здесь и http://tuxgraphics.org/electronics/200707/bench-power-supply-unit.shtml">здесь, причем даже с исходниками. Кроме того в оригинале устройство даже поддерживает работу с компьютером, но эта функция не проверялась.

Схемное решение устройства очень простое. "Сердцем" является микроконтроллер, к которому подключен ЦАП (цифро аналоговый преобразователь) в виде R2R матрицы.
Меняя код на выходе микроконтроллера мы можем получать изменяемое постоянное напряжение на выходе. Такие ЦАПы просты, но требуют большого количества выходов микроконтроллера, так как каждый разряд требует отдельного выхода, а чем больше разрядов, тем больше точность установки выходного напряжения.
В данном устройстве реализован 10 бит ЦАП, т.е. можно получить 1024 уровня напряжения.
Применительно к данному БП можно получить дискретность установки напряжения 0,027 Вольта и тока 0,002 Ампера.
На самом деле регулировка позволяет выставлять напряжение с дискретностью 0.1 Вольта, а ток 0.01 Ампера. В большинстве ситуаций этого хватает. 

А вот ключевое отличие содержится не в том, как формируется напряжение для регулировки, а как происходит обратная связь.
Дело в том, что чаще всего микроконтроллер выдает опорное напряжение, которое потом сравнивается с реальным при помощи операционного усилителя и в итоге мы получаем стабилизированное напряжение или ток.
Опорное напряжение при этом формируется чаще всего при помощи ШИМ с интегрированием (усреднением) на конденсаторе.
Но в таком варианте надо 2 ЦАП, один для тока, второй для напряжения. А так как разработчик решил применить другой принцип формирования, то два ЦАП с R2R матрицей просто не вышло бы. Собственно потому сравнением также занимается микроконтроллер.

Такой способ регулирования обычно медленнее, чем более привычный с применением операционного усилителя. Но разработчик применил свое программное решение, где есть два цикла работы, быстрый и медленный.
Как я понимаю, быстрый цикл работает работает более грубо, чтобы обеспечить скорость, а медленный потом устанавливает напряжение более точно.
Так как я не программист, то пишу как понял. возможно знающие люди смогут понять больше из приведенной программы и описания - http://tuxgraphics.org/electronics/200707/bench-power-supply-unit.shtml#0lfindex9">ссылка.

Напряжение после ЦАПа, поступает на силовой узел. В реальности силовой узел обозреваемой платы решен чуть по другому, в усилителе тока применили силовой транзистор другой проводимости и немного изменили схему, но принцип действия остался абсолютно тем же.
Выходное напряжение с ЦАПа поступает на усилитель напряжения, нам ведь мало диапазона 0-2.5 Вольта, потому сначала оно усиливается до уровня около 0-30 Вольт (левая часть схемы).
Но так как усилитель напряжения не может обеспечить требуемый ток, то дальше стоит усилитель тока, он почти не меняет напряжение и потому на выходе обеспечивает заданные 0-28 Вольт, но уже с током нагрузки до 2 Ампер.
В описании схемы на страничке разработчика приведено два варианта решения, 22 Вольт 2.5 Ампера и 28 Вольт 2 Ампера.
2 Ампера ток не очень большой для лабораторного БП, но думаю что при желании можно доработать прошивку и получить больший ток.

При всей своей кажущейся громоздкости схема устройства предельно проста.
Для примера я разбил схему на составные узлы:
Красный цвет - усилитель тока
Синий цвет - ЦАП и усилитель напряжения
Зеленый цвет - обратная связь по напряжению
Розовый цвет - обратная связь по току.

С теорией вроде немного разобрались, хотя и будем возвращаться к ней эпизодически, но пора приступать к сборке.
Первым делом находим все резисторы, которые идут в комплекте, заодно я попробую показать, как можно собрать такую плату не прибегая к тестеру для измерения сопротивлений "полосатых" резисторов.
Все компоненты, до определенного этапа, я только вставляю в плату (набиваю) и только потом запаиваю. Я знаю что некоторые делают иначе, но я так привык, ничего не могу поделать :)

Монтаж печатной платы

Для начала находим ленты с самым большим количеством компонентов, это позволит сразу забить большее количество компонентов и следующие будет легче находить.
В данном случае это два номинала, 10 и 20 кОм, каждого по 11 штук, но разобраться где какой очень просто, у номинала 20 кОм первая (или последняя, смотря как взять в руки) полоска красная. 

Выводы можно формовать при помощи небольшой оправки, это одно из полезных приспособлений, которое я распечатал на 3D принтере. В принципе ее можно изготовить из листа металла, согнув его в виде буквы V и сделав надфилем прорези в необходимых местах.
Такое приспособление очень облегчает и улучшает вид готового изделия.

Следующими идут резисторы номиналом 470 Ом, 4.7 кОм и 47 кОм.
Здесь также все просто, первые две полоски имеют общий для всех этих резисторов цвет, это видно на фото, но количество резисторов разное, потому определить где какой предельно просто, для этого надо просто посчитать сколько каких надо по маркировке на плате :)

Ну и пара последних номиналов, здесь также как и в прошлый раз, два одного номинала и один другого, перепутать тяжело (если производитель не "поможет"). 

Конденсаторы, 2шт 22нФ и 6шт 100нФ, маркировка на плате присутствует.

Два диода 4007, стабилитрон и три транзистора. Стабилитрон помечен на плате как 5V1, не перепутайте полярность, катод помечен на плате и компоненте жирной полоской. 

Транзисторов три, у большего на плате жирной полосой отмечена сторона, где находится металлическая пластина. 

Пара подстроечных резисторов и панелька. Один подстроечный резистор неправильно вставить не получится, а второй не имеет значения как ставить.
Панелька имеет ключ на одной из коротких сторон. Конечно панелька не сгорит, если ее неправильно установить, но так как микроконтроллер потом в нее устанавливается также согласно вырезу, то лучше ставить правильно :)

На этом набивку "мелочи" можно считать законченной, так платы выглядят перед пайкой.

Как я писал выше, качество плат великолепное. Платы паялись без флюса, использовался только припой с флюсом внутри, паяется все отлично. 

Переходим к разъемам. Здесь надо быть внимательными, так как некоторые разъемы имеют ключ, обозначенный на плате. Если установить неправильно, то в худшем случае плата управления выйдет из строя.

При припаивании разъема к дисплею я всегда советую сначала "прихватить" два крайних вывода, выровнять ровно разъем, а потом запаять все остальные выводы.
Я припаял к дисплею гнездовую часть разъема, хотя на самом деле непринципиально, можно и штыревую, тогда гнездовая будет на основной плате. 

Так выглядит комплект после первоначальной сборки.
Плата управления лежит так неспроста, один из разъемов припаян не сверху платы, а снизу.

Интуитивно, при сборке скорее всего захочется припаять разъем сверху, это вполне логично, но так вы столкнетесь с двумя проблемами, вы не сможете к нему ничего подключить, дисплей будет мешать. А если все таки сможете подключить шлейф, то выводить спереди его крайне неудобно, так как плата обычно крепится к передней панели.
На фото показано как ставить разъем при условии, что на силовой плате разъем установлен согласно ключу. 

Пара энкодеров.  Довольно важное отличие от предыдущего БП. В тот раз для плавной регулировки я применял многооборотные резисторы, они также стоят дополнительных денег, здесь это не нужно.
Кроме того разработчик применил алгоритм регулировки, когда быстрое вращение регулирует единицы вольт, а медленное - десятые доли. Правда чувствительность перехода довольно большая, потому если вращать чуть быстрее, программа переключается на "вторую" скорость.

Вставить их неправильно тяжело, но не очень понравилось то, что крепежные "ушки" ставятся совсем плотно, такое чувство, что расстояние между отверстиями сделали чуть меньше необходимого. Впрочем немного подгибаем, вставляем и запаиваем.

Окончательный этап сборки платы управления. Берем саму плату, дисплей, микроконтроллер, пару стоек, четыре винта и пару гаек для энкодеров. Последняя позиция нужна скорее для того, чтобы не потерять, мне гайки не понадобились.

Не забываем о правильной установке микроконтроллера, так как родной прошивки в открытом доступе нет и цена неправильной установки равна цене нового набора. 

Все, узел управления готов.

Теперь заканчиваем сборку силовой платы. Выводы мощных диодов и резистора я формую так, чтобы компонент был приподнят над платой.
По большому счету в данном конструкторе это необязательно, так как мощность, выделяемая на компонентах, заметно ниже чем у предыдущего варианта.
Например в предыдущем БП на шунте выделялось около 4.5 Ватта, а здесь всего 2 Ватта.
На диодах разница меньше, всего в 1.5 раза, но все равно существенно.
Кроме того здесь можно оставить родные диоды, так как они применены с запасом, а если и менять, то на Шоттки, тогда будет немного больше запас по входному напряжению. В общем замена на свое усмотрение.

На плате размещаются два стабилизатора напряжения: 7824 - 24 Вольт для питания вентилятора и понижения напряжения для 5 Вольт стабилизатора.
Так как в изначальном варианте схемы вентилятор отсутствует, то там просто поставили супрессор последовательно со входом, чтобы немного уменьшить рассеиваемую на стабилизаторе мощность и не превысить его входное напряжение. Дело в том, что стабилизатор 7824 выдерживает до 40 Вольт входного напряжения, а остальные только до 35, потому в нашем варианте можно подавать на вход до 40 Вольт (постоянного).
7805 - 5 Вольт для питания платы управления.

Кстати, в обозреваемом БП можно вполне спокойно применить не 50Гц трансформатор, а любой блок питания с напряжением более 30 Вольт. В прошлый раз необходимо было переменное напряжение на входе для формирования отрицательного 5 Вольт для питания операционных усилителей.

Стабилизаторы устанавливаются на небольшие радиаторы. Здесь все просто, намазали, привинтили, но крепежный винт просто "наживляем", затягивать не надо.
Вставляем радиаторы с установленными стабилизаторами на плату, запаиваем, затягиваем крепежные винты. Родных радиаторов достаточно, греются, но в пределах допустимого. 

Входной конденсатор имеет емкость 3300мкФ, реальная немного меньше, но не думаю что это критично. 

Устанавливаем конденсатор на место, не забываем, длинный вывод - плюс, короткий - минус. Кстати, у отечественных конденсаторов на корпусе отмечался плюс, а длинным был минусовой, возможно пригодится.
На плате плюсовой контакт отметили аж двумя значками, да еще и минусовой раскрасили штриховкой. Все правильно, если конденсатор впаять неправильно, то его внутренности почти равномерно распределятся по всей комнате.

Основная часть сборки плат окончена, в конце этого этапа у нас должно остаться три вещи, мощный транзистор, термовыключатель и шлейф.
Если у вас осталось что то еще, то два варианта, либо положили лишнее, либо где то забыли впаять, первый вариант предпочтительнее :) 

Вообще сначала надо было собрать все, установить транзистор на радиатор и только потом пробовать. Но я не удержался и попробовал сразу после сборки, просто вставил мощный транзистор в отверстия. Но лучше так не делать :)
Справедливости ради стоит сказать, что при первом включении я получил просто равномерно подсвеченный дисплей. Если все собрано правильно, то просто надо отрегулировать контрастность при помощи подстроечного резистора на плате управления до получения нормальной видимости.

]Устройство работает, ну по крайней мере пока старательно делает вид, что работает, а я перейду к описанию того, что заказал еще.

Я решил что емкости на входе много не бывает, потому параллельно установленному 3300мкФ будет еще одни, с заявленной емкостью аж 22000мкФ.
Название со страницы магазина - 63V 22000UF Electrolytic Capacitor 35X50MM, цена $ 3.33, http://www.banggood.com/63V-22000UF-Electrolytic-Capacitor-35X50MM-p-1020399.html">ссылка на товар.

Как и все товары, конденсатор идет в индивидуальной упаковке, в лоте одна штука.
Маркировка от Nippon Chemi-con.

Размеры конденсатора примерно 47х35мм.

Найдя в интернете http://www.pridmore.com/datasheets/KMHWeb.pdf">даташит на эту серию конденсаторов я убедился, что у производителя нет конденсатора с такими параметрами и размерами.
Конечно же проверил емкость, и тут меня ждал сюрприз. Вообще изначально проверял емкость при помощи C-ESR метра, я его показывал в своих обзорах. При подключении конденсатора к щупам прибора получил неслабый такой разряд, конденсатор был заряжен О_О.
Не, с другой стороны это хорошо, так как говорит о очень низком саморазряде, но то что я чуть не остался без прибора, никак не радует, будьте аккуратны.
C-ESR метр показал емкость немного больше чем 15000, мультиметр - 14450мкФ, что подтверждает мою догадку, конденсатор перемаркированный, может внутри и оригинал, но не той емкости однозначно.
Плохо, хотя для моей задачи пойдет.

Дальше идет пара радиаторов. Пару заказал на всякий случай, есть лоты где 1 штука и 5 штук.
Оригинальное название лота - 2Pcs 150x60x25mm Aluminum Heat Sink Heatsink Cooling, цена $ 8.63 (за пару), http://www.banggood.com/2Pcs-150x60x25mm-Aluminum-Heat-Sink-Heatsink-Cooling-p-952524.html">ссылка на товар.

Здесь все нормально, габариты соответствуют заявленным (150х60х25мм), материал - алюминий. 

Ребра рассчитаны скорее на пассивное охлаждение, так как расположены довольно далеко друг от друга. Тело радиатора тонкое, таким радиатором будет не очень эффективно охлаждать один мощный компонент, он лучше подойдет для нескольких, равномерно распределенных по площади.
Также присутствуют отверстия для фиксации радиатора в корпусе/на плате. В отверстиях отлично нарезается резьба М3. 

Поверхность в принципе нормальная, особых замечаний у меня не возникло.

Даже можно сложить пару радиаторов вместе, тогда получится система больше подходящая для активного охлаждения, но вентиляторы размером 25мм это уже экстрим :) 

Клеммы. Ну куда же без них.
У магазина явно очень хорошие маркетологи, распределить разъемы по двум лотам, где в одном только красные, а во втором только черные, могли только они, обычный человек сделал бы один лот, но например 5 черных + 5 красных.
Оригинальное название - Wendao JS-910A AC/DC 4mm Wiring Terminal Block Wire Adapter Connectors 10pcs, цена $ 2.90 за лот из 10шт, http://www.banggood.com/Wendao-JS-910A-ACDC-4mm-Wiring-Terminal-Block-Wire-Adapter-Connectors-10pcs-p-1060408.html">ссылка на товар.

С клеммами я немного оплошал, ну кто же знал что они заметно меньше чем те, что я привык применять.
Вообще клеммы неплохие, яркий цвет, резьба неплохо сделана, изолятор, но размер скорее для вспомогательных применений. 

Но самое неудобное то, что у них с торца нет отверстия, провод подключить можно только "под винт".
Длина 33мм, диаметр винта - 4мм.

 Корпус. То, без чего действительно тяжело собрать аккуратное устройство.
До этого я всегда пользовался корпусами, купленными в оффлайне (обычно польского или отечественного производства), это первый мой корпус из Китая.
Оригинальное название - Electronic Plastic Shell Cartridge Handle Project Case Desk Instrument 200x175x70mm, цена $ 7.99, http://www.banggood.com/Electronic-Plastic-Shell-Cartridge-Handle-Project-Case-Desk-Instrument-200x175x70mm-p-1035473.html">ссылка на товар.

Сам корпус дополнительно упакован в полиэтиленовый пакет. 

Приятно порадовало то, что внутри корпуса много установочных стоек, правда шурупов почему то дали всего четыре, очень неудобно. 

Заявленные размеры 200х175х70 вполне соответствуют реальным, внутреннее расстояние между передними панелями при этом 150мм. 

Корпус имеет стандартный дизайн, панели вставляются в пазы.

Ручка имеет четыре положения. Для того чтобы перевести ручку из одного положения в другое, надо руками немного развести ручку в стороны, чтобы фиксаторы вышли из корпуса, повернуть и отпустить.
Кстати на этом фото видно, что около передней панели есть еще паз, для установки еще одной, монтажной, панели, тогда передняя получается как фальшпанель. 

А вот то, что корпус собирается при помощи винтов, а не саморезов, непривычно. Действительно неплохое решение. 

Ручка корпуса имеет три основных положения, например как подставка.

В таком варианте корпус опирается на свои ножки.
Еще есть третье положение, где ручка располагается как небольшой "козырек" над передней панелью, но вряд ли кому то это необходимо. 

 http://www.taker.im/review/12770-plata-konstruktor-reguliruemogo-bloka-pitaniya-ili