И снова модернизация блока питания Dazheng PS-305D

Спустя 10 лет после публикации первой статьи по доработке лабораторного блока питания Dazheng PS-305D (известного так же как Ya Xun Ps-305d и Yizhan PS-305D, а так же, наверняка, и под другими именами), пришлось снова заняться этим аппаратом. У китайского ЛБП обнаружилась проблема с переменными резисторами, которые начали “шуршать”, от чего выставляемые значения тока и напряжения начали “скакать”. После чего резисторы были заменены на новые, модные, точные и многооборотистые с одной неназываемой китайской барахолки. С этими новыми резисторами - оригинальными, качественными и практически японскими (эти характеристики взяты из описания товара и многочисленных отзывов счастливых покупателей), БП стал работать отлично, лучше нового. Но, увы, тоже недолго. Практика показала, что по качеству новые резисторы оказались ничем не лучше родных.

Также мне на ремонт попал другой точно такой же БП, практически новый, который несколько лет стоял без дела и им практически не пользовались. И вдруг он сломался и перестал выдавать какое-то напряжение. Причем, при поиске неисправности, напряжение на выходе появлялось, при прикосновении рукой к шлейфу между основной платой и платой регуляторов. Как выяснилось, причина неисправности оказалась все та же - все четыре резистора оказались недееспособными. Под микроскопом было видно, что токопроводящяя резистивная дорожка на них как будто полностью испарилась за годы стояния без дела. А из-за испарившихся резсторов входы ОУ "повисли в воздухе" работая антеной.

Глядя на это грустное зрелище, было решено наконец заменить отвратительные китайские резисторы несколько менее отвратительными энкодерами и решить проблему надолго. По кр.мере, хотелось бы надеяться, что контакты китайских энкодеров испаряются медленнее..

В результате чего родилась монструозная конструкция из четырех печатных плат.

Первой платой стала плата собственно, энкодеров, ставящаяся на место переменников. Кроме энкодеров на ней установлены пара светодиодом, конденсаторы для ослабления “дребезга” контактов и разъемы. Плата ставится вместо родной. Кстати, светодиоды я поменял местами - теперь красный сингнализирует режим срабатывания ограничения по току, а зелёный - отсутствие оного.

Далее возник вопрос схемы управления. Поиск по Сети сразу показал статью на Хабре, с аналогичной доработкой аналогичного ЛБП. Но, увы, аналогичный ЛБП оказался не совсем аналогичным (а точнее, даже совсем не аналогичным), а схема мода - непригодной конкретно для Dazheng PS.

Схема блока питания Dazheng была найдена в сети. Тут красными цифрами я подписал номера пинов шлейфа между основной платой и платой с переменными резисторами.

Замеры показали, что для регулирования тока надо формировать напряжение (на пине 1 разъема) от 0 до примерно 0.87В. Для регулирования напряжения нужно сформировать отрицательное напряжение от 0 до примерно -9.1В (на 3м пине шлейфа).

Для формирования напряжений решил использовать самодельные ЦАП на резистивной матрице R-2R. Почему ЦАП а не ШИМ (который так активно предлагала автору статьи на Хабре общественность в комментах)? Да хотя бы потому, что ЛБП - линейный, а не импульсный, и лишние источники шума ему ну точно ни к чему. И даже если кто-то будет заявлять, что с ШИМ-ом можно сделать не хуже, чем с ЦАП, и шумы отфильтровать, и вообще... то, в любом случае, оно все равно будет точно не лучше. Почему ЦАП самодельный? Потому, что сходу не удалось найти ничего готового, доступного и с лучшим соотношением цена/качество.

В итоге был сделан 16-битный ЦАП на паре регистров 74HC595 и резисторах 1%-точности. Почему 16 бит? Потому, что 8 бит тут точно мало, а экономить несколько резисторов и один 595-регистр ради 12-битного ЦАП - не стоит оно того. Да, в принципе, резисторы можно было купить и точнее, чем 1%, они бывают, но стоят они сильно дороже, а точность тут и так уже получилась избыточная.

ЦАПы решил делать в виде отдельных модулей - еще пригодятся в будущем. Вот, собственно, их схема и результат.

Когда платы энкодеров и ЦАП были готовы, оставалось сделать основной модуль, формирующий напряжения. Тут использован микроконтроллер atmega8 и пара микросхем ОУ. Питается модуль двухполярным напряжением +-15В, которое есть на основной плате ЛБП. Для питания МК оно понижается до 5В.

При разводе печатной платы на всякий случай была предусмотрена опторазвязка для линий UART и контроль состояния светодиодов ЛБП (показывающих активный режим стабилизации - ток/напряжение). UART предполагалось использовать для последуещей модернизации и управления БП через USB (чтобы вольт-амперки мерить и всякое такое).

Изо всех этих плат была собрана следующая конструкция. Кстати, платы ЦАП можно (и даже наверное нужно) было бы и впаять без разъёмов.

Для точной настройки уровней напряжения на плате предусмотрены два параллельно подключаемых резистора - R3 и R5. В моем случае, в качестве R3 идеально подошел 10К (для получения диапазона 0..30В), а R5 не понадобился совсем.

Первоначально у меня были и дальнейшие планы на доработку, куда входили и добавление USB-интерфейса, и переделка платы вольтметра-ампермета с 3-значных на 5-значные дисплем, и возможность сохранения в энергонезависимой памяти МК разных предустановок, причем так, чтобы максимально использовать все ячейки EEPROM, дабы максимально снизить их износ. Но в итоге от всех этих наполеоновских планов решено было отказаться, т.к. а) разобранный БП, пролежавший на столе в процессе доработки/ожидания плат из Китая несколько месяцев, мне уже изрядно надоел и б) за это время был куплен новый готовый ЛБП со всеми этими возможностями.

И за один вечер по-быстрому была на коленке слеплена говнопрошивка написана примитивная прошивка. Энкодеры регулируют напряжение и ток плавно и грубо. А их кнопки позволяют сохранять и загружать, соответсвенно, по паре значений напряжения и тока. Долгое нажатие на энкодер плавной настройки сохраняет текущий ток в первую ячейку, а долгое нажатие на энкодер грубой настройки тока - во вторую. Короткие же нажатия на них загружают эти значение. С сохранением напряжений все полностью аналогично - у регуляторов напряжения тоже есть свои кнопки.

Делать же сохранение последних выбранных значений с загрузкой при запуске я не стал. И причиной тому даже не лень, а ощущение того, что так должно быть безопаснее. А выставить или загрузить из памяти нужные значения - совсем не долго.

А еще на основную плату БП были добавлены пара керамических емкостей на 100nF на выходы стабилизаторов L7815 и L7915, которые должны были там стаять по даташиту, но были "забыты" экономными китайцами. А на стабилизатор L7815 был прикручен радиатор, который, кстати, достаточно ощутимо греется. По кр.мере после возросшей на него нагрузки. Это к вопросу о том, что если питать от него еще и оптопару для UART, то жизнь его станет еще тяжелее, а радиатор нужен будет ещё больше.

Прошивку и ее исходники можно скачать с гитхаба.