Контроллер электронной нагрузки Sousim, или еще одно устройство для утилизации "лишней" электроэнергии

В прошлом году я делал обзор двух электронных нагрузок производства Sousim. Одну я успешно применил, а сегодня пришла очередь второй, которая изначально умела управляться только при помощи компьютера.


Стоит наверное начать с предыстории.
Изначально я планировал использовать электронную нагрузку с компьютером, но это оказалось очень неудобно, так как родное ПО имело значительную степень кривизны, которую я не смог побороть. Тогда же, я писал, что существует отдельный контроллер для такой электронной нагрузки и даже выкладывал его фото.


В итоге я загорелся идеей сделать автономную электронную нагрузку с этим контроллером. В процессе выяснилось, что все не так просто, как может показаться на первый взгляд.
Для начала они нигде не продаются, но на ТаоБао был найден продавец, который торгует продукцией фирмы www.xldn.net, которая в свою очередь и сделала этот контроллер, при этом разместив информацию о нем у себя на сайте. Правда там же написано, что нагрузка может работать с токами до 50 Ампер, но на момент заказа я не знал о такой версии и заказал всего 20 Ампер вариант.
Но так как я не знал как купить ее, то обратился за помощью к менеджеру сайта yoybuy.com, за что ей отдельное спасибо.
Если расписывать все очень коротко, то процесс выглядел так:
Я пишу менеджеру, она пишет продавцу, продавец пишет на фирму производитель контроллера.
Производитель изготавливает контроллер, продавец покупает его у производителя, получает, проверяет, добавляет себе в магазин, я покупаю у него обычным способом через посредника.

Но это очень коротко, так как были сложности вида — менеджер не технарь, общение на ломаном английском, перевод технических терминов с английского на китайский, в общем экстрим еще тот :) Заняло это все примерно два месяца и в итоге я заказал и получил заветную платку.
Вышла она очень дорого, около 28 долларов с доставкой по Китаю, да плюс услуги посредника, но отступать мне уже было некуда, особенно после того как я затеял весь этот процесс.

В заказе было два товара, один совсем мелкий, обзор его еще как нибудь скорее всего будет, тем более что вещь планируется интересная. Упаковка весьма большая, общий вес был 220 грамм.
Контроллер замотали в пленку так, что повредить его было бы ну очень тяжело.


Комплект предельно прост и лаконичен:
1. Контроллер
2. Два комплекта провод + разъем
3. Инструкция.


Так как контроллер довольно универсален, то инструкция не совсем от него, хотя по большому счету мне важно было только знать соответствие цветов проводов, да и вообще можно было сделать все без инструкции.
Двойной провод предназначен для подключения RS485 интерфейса.
Пять проводов нужны для подключения питания и измерительных цепей, при этом красный + черный = питание, желтый = измерение напряжения, синий + белый = измерение тока, последняя пара проводов была спаяна вместе, потому намек был вполне понятен.
Вообще для меня было сначала загадкой, зачем измерять напряжение и ток, если те же данные можно получать от электронной нагрузки, но как оказалось, меня это потом и в чем-то спасло.


Почти всю переднюю часть занимает дисплей с разрешением 128х64 точки, с контроллером типа CoG (Chip on Glass).


Справа находятся три кнопки управления и двухцветный светодиод. Правее видны контактные площадки, в них можно запаять разъем и подключить управление и индикацию отдельно. Была надежда что можно подключить энкодер, но нет, только хардкор, только три кнопки.


Уже потом я заметил, что оказывается существует и декоративная рамка, хотя с другой стороны, не факт что с ней у меня все бы влезло в корпус.


Дисплей установлен на дополнительной плате, которая в свою очередь соединяется с основной.


А вот когда я перевернул плату, то на некоторое время я даже немного «завис»… Около 30 долларов за несколько компонентов?
Но в любом случае альтернатив все равно не было, разобрать протокол управления я бы не смог, а уж написать свою программу для микроконтроллера и подавно. В общем не умеешь работать головой, работай руками деньгами.


На самом деле это в моем случае так все пусто и просто, в нормальном варианте плата выглядит куда как более серьезно, например вот фото этой же платы, но для контроля батареи из 32 элементов. В данном случае производитель просто использовал эту плату как базу для более простой конструкции.


А так при этом выглядит один из вариантов отображения на экране контроллера.


При заказе продавец спросил, какой диапазон напряжения питания будет, было два варианта 35-200V и 6-35V, а так как у меня питание 12 Вольт, то выбрал я второй вариант.
Но приятным было то, что стабилизатор имеет гальваническую развязку, что сразу решает проблему «земляных петель», да и вообще облегчает работу. Не забываем, что на плате нагрузки интерфейс RS485 также гальванически отвязан от силовой части.
Сбоку была найдена еще одна кнопка, эксперименты показали, что это сброс настроек платы в исходное состояние.


Компонентов очень мало.
1. Приемопередатчик RS485
2. Операционный усилитель. По уточненным данным это АЦП 18 бит — MCP3421
3. EEPROM

Кроме того на плате обнаружено место для подключения пары датчиков температуры, но судя по всем в данном функционале они работать не будут…


На странице производителя было заявлено —

it uses all imported 18-bit AD sampling voltage and current

Что означает применение 18 битного АЦП, потому плата преобразователя была демонтирована и я добрался до микроконтроллера. Предположу, что это банальная STM, но я не в курсе, существуют ли они с 18 бит АЦП.

В комментариях подсказали что на самом деле на плате не ОУ, а АЦП :)


Осматривать особо больше нечего, перейду к описанию работы.
1, 2, 3, 4. При помощи верхней кнопки можно выбрать четыре режима работы, CC, CV, CW и CR. Также при помощи нее включается режим изменения параметров, при этом нижние кнопки работают как увеличение и уменьшение параметра.
5, Средняя кнопка включает/выключает подсветку, а при длительном удержании сбрасывает счетчик Ач.
6, Нижняя кнопка включает/выключает собственно нагрузку.


Последовательные нажатия на верхнюю кнопку переводят контроллер в режим задания дополнительных параметров и изменения настроек.
1. Отображение текущего входного напряжения.
2. Корректировка работы с внешним токоизмерительным шунтом.
3, 4. Задание минимального порогового значения напряжения и тока при котором нагрузка отключается.


1, 2. Ввод времени. Не экспериментировал, но насколько я понимаю, задает ограничение времени работы.
3, Коректировка падения на минусовом проводе к клемме. Корректировка очень тонкая, позволяет учитывать падение напряжения под током. Настраивается при токе в 1 Ампер, дальше пропорционально изменяет отображаемое напряжение в зависимости от тока нагрузки. Фактически реализует «виртуальное» четырехпроводное подключение.
4. Адрес устройства в системе.

Насчет языка отдельный разговор, я несколько раз писал, что мне нужен английский язык, но получил в итоге с китайским, впрочем благо менюшек не много.


В работе экран выглядит примерно так:
Верхняя строка — время работы в режиме нагрузки, порог ограничения по напряжению, порог по току (по сути просто напоминалки).
Ниже отображается режим работы и установленное значение параметра.
В самом низу четыре значения: Измеренное напряжение, измеренный ток, расчетная мощность и емкость в Ач.
Напряжение и ток измеряется весьма точно, позже я еще вернусь к этому.


На странице производителя выглядит примерно так же.


Как небольшое дополнение — видеоверсия с демонстрацией работы.


Наигравшись я перешел к сборке, для чего использовал контроллер, электронную нагрузку, блок питания 12 Вольт 0.5 Ампера, корпус и прочую мелочь.


Был использован корпус, который долгое время лежал где-то в шкафу, даже название уже забыл, если не путаю, то что-то из серии КМ. Размеры корпуса — 178х140х69мм.
Основное преимущество данного корпуса в том, что у него нет стоек для соединения верхней и нижней частей, потому можно использовать большую полезную площадь передней панели.


Модуль нагрузки претерпел некоторые изменения, Пищалка и разъем подключения RS485 были перенесены на противоположные стороны своих плат, стойки укорочены. Это было необходимо для уменьшения общей ширины конструкции.


Отдельное видео по модулю электронной нагрузки.


В процессе общения продавец написал, что для правильного подключения нужен отдельный токоизмерительный шунт со стандартным падением в 75 мВ. Я попытался ответить, что на плате нагрузки уже есть шунт и дополнительный не нужен. Но в итоге выяснилось, что проще согласиться, правда покупать шунт у него я отказался, так как:
1. Сомневался в его необходимости
2. У нас он стоит дешевле чем на Тао.

Но была у меня небольшая надежда, расширить диапазон нагрузки до 50 Ампер и я написал, мол будет шунт на 50 Ампер :)


Тест показал мою правоту насчет отсутствия необходимости использования дополнительного шунта, а также то, что контроллер можно перенастроить на работу с родным шунтом нагрузки. При этом мне пришлось вырать в настройках шунт — 75 мВ 14.3 Ампера.
Я боялся что в таком варианте я не смогу установить ток выше этого значения, но обошлось, 20.1 Ампера я выставил без проблем, правда при этом отчасти я и расстроился, нагрузка все таки заблокирована на максимальном токе в эти же 20.1 А, увы :(
Фото просто в процессе проверки разных режимов.


А дальше шел вполне стандартный процесс сборки. Для начала я вырезал кусок пластика чтобы закрыть радиатор.


Это было необходимо чтобы воздух выдувался только за пределы корпуса.


Для установки платы использовал четыре стойки от материнских плат, две из которых вкрутил в существующие отверстия, а для средней просверлил отдельное. У стоек наружная резьба около 4мм, внутренняя М3.


Закрепил плату в корпусе.


Все таки нашел дома одну защитную решетку черного цвета под вентиляторы 50мм, но результат мне не понравился и я просто немного «модифицировал» 60мм вариант. Также установил разъем питания, позже мне пришла в голову идея, что сзади можно расположить и разъем для подключения к компьютеру.


С передней панелью вообще проблем не возникло, за исключением того, что пришлось проделать довольно большое окно для дисплея. Вообще плата контроллера практически один в один подошла по высоте под корпус.
Плата контроллера при этом крепится к четырем пластмассовым стойкам, которые приклеил к передней панели.


Первая примерка, блок питания также как и в прошлый раз припаял к разъему питания, но в данном случае скорее просто ради удобства, потому как места в общем-то хватало.


Когда продумывал переднюю панель, то волновался по поводу того, что буду цеплять выключатель питания и потому поставил не в виде кнопки, а в виде переключателя и сместил его сильно вправо. Но практика показала, что я немного переусердствовал.
Клеммы установил слева, так как снизу для них места не было. Дополнительные отверстия клемм направлены влево и немного вверх для удобства подключения.


В этот раз и проводов существенно меньше, в основном потому, что управление всем идет через всего пару проводов RS485 интерфейса.


После основного этапа сборки произвел калибровку по двум точкам, 1 и 11 Ампер. Второе значение было выбрано по двум причинам —
11 Ампер мой мультиметр еще нормально выдерживает.
Из-за неудобства ПО мне было проще переключать ток 11 и 1 Ампер, чем 10 и 1, я об этом писал в соответствующем обзоре.

После этого подключил провода от платы контроллера и проверил результат, вроде все отлично. Ну почти отлично, так как выяснилось, что угол видимости у дисплея почти никакой и при взгляде сверху (впрочем как и снизу) изображение становится инверсным.


Вот собственно с внутренностями и все. Проводов мало, потому вся конструкция кажется очень простой.


Как и в прошлый раз выключатель коммутирует 12 Вольт, а блок питания работает постоянно. Попутно пришлось немного подрезать разъем которым силовая часть подключается к плате управления, иначе корпус не закрывался, но это было ожидаемо.


Вот собственно и все. На мой непритязательный взгляд получилось неплохо, хотя до идеала еще очень далеко и сейчас бы я сделал некоторые вещи по другому.


Например радиатор надо было покрасить в черный цвет, ну и установить разъем для подключения к компьютеру.
Возможно еще увеличить количество отверстий для доступа воздуха.


Корпуса новой и предыдущей нагрузок примерно похожи по ширине и глубине, но отличаются по высоте. Вообще была мысль в прошлый раз использовать этот корпус для 300 Ватт версии, но мне немного не хватило места и пришлось брать Z2A.


Можно было бы на этой в общем-то приятной ноте и закончить мой рассказ, если бы не один существенный недостаток, который я так и не смог побороть.
Дело в том, что как бы я точно не калибровал нагрузку, через время эта калибровка имеет вредную привычку сбиваться. Причем уйти она может как вверх, так и вниз. Например выше я показал результат калибровки, через день-два включил нагрузку и увидел вместо 1 и 10 Ампер — 0.87 и 9.43 Ампера. Потратил весь вечер на еще одну калибровку, проведя ее с особой тщательностью и немного другими контрольными точками (0.5 и 5.5 Ампера 24 Вольта), и получив на следующий день сначала вместо 1 Ампера 970мА, а вместо 10 Ампер 10.02. Но при последующем запуске результат был вообще другим, 1.02 и 10.5 Ампера соответственно.

При этом было замечено, что в некоторых ситуациях сбой приводит не только к сдвигу параметра, а и к тому, что установка тока становится мгновенной. В исходном виде установка тока 10 Ампер выглядит примерно так — 9.5 Ампера сразу, а остальное «добегает» примерно за пол минуты.
Была даже мысль оставить в таком виде, но просто изменить немного номинал шунта, но присутствует неравномерность изменения, т.е. при токе 1 Ампер изменение к примеру 3%, а при 10 уже 5%.

Но потом я все таки разобрался в проблеме. мысль развивал в том направлении, что напряжение то откалибровалось без проблем и за несколько месяцев этот параметр никуда не «убежал», а проблема была только с калибровкой тока. Оказалось, что один из проводов в шлейфе, соединяющем силовую плату и «мозги» имеет плохой контакт в разъеме. А если говорить более точно, то отходила линия управления одним из силовых транзисторов, но отходила не так, что контакт терялся полностью, а изменялся ток нагрузки.
В итоге я взял и переобжал шлейф, попутно укоротив его примерно в три раза. После этого все как рукой сняло, ничего никуда не «убегает», да и сам ток держится более стабильно, до этого были периодические колебания в последнем знаке, видимо сказывалась вибрация от вентилятора. Уже потом, в качестве дополнения, установил конденсаторы по входу питания и по линии 5 Вольт, от которой питается преобразователь интерфейса.
Кстати, выяснилось, что линий 5 Вольт две, одна для питания микроконтроллера, а вторая для аналоговой части, где попутно стоит преобразователь в -5 Вольт.


Если говорить о контроллере, то у меня есть только две претензии, малый угол видимости экрана и отсутствие отображения температуры радиаторов, хотя второе куда менее важно.
Если об устройстве в целом, то здесь все устраивает. Можно конечно привести альтернативы в виде готовых дешевых устройств, но у них нет того, что надо мне, а в честности —
Режим поддержания постоянной мощности, встречается очень редко.
Режим ограничения напряжения, встречается еще реже, необходим для теста зарядных устройств, без него корректно протестировать зарядное устройство очень тяжело.
Режим эмуляции постоянного сопротивления, это вообще обычно есть только в фирменных устройствах.

На этом все, надеюсь что обзор был полезен, как всегда буду рад вопросам и комментариям.