DIY самодельный homemade импульсный switched-mode источник питания ~1 KW power supply (почти лабораторный=ЛБП) с оперативной регулировкой ограничений adjustable СС/СV тока 0-15A и напряжения 0-75V с использованием деталей from scrap >2 шт. одинаковых ATX SMPS 350W металлолома., с защитой with protection от перегрева from overheating, с ограничением тока первичной обмотки with primary current limitation, без перемотки without rewinding силовых трансформаторов power transformers и дросселей chokes (обзор попыток закидать проблему баблом или сказка как бабло побеждает зло - в процессе написания).

Все фото ниже кликабельны в полный размер 18 МП ~1-2 Mb. Фото не всегда делались в хронологическом порядке описания - иногда задним числом для раскрытия пробелов описания конструкции.
  

Сравнительное фото V.1 и V.2 и габаритно совместимой с силовухой V.2 цифровой морды прожекта будущего V.3 на фоне деталей силовухи оригинального двухтактного ATX9806 и тестирования V.2 на 25/07/2023 - защита по току первички меняется при нагреве компонент (причина скорее всего - уменьшение напруги пробоя 80CPQ150 при повышении температуры) , киловатт удавалось снимать менее минуты, далее срабатывала защита по току первички и ограничение ШИМ. Нагрев радиаторов при 1 КВт вых.мощности не существенный - больше греются ферриты. После ослабления причин возбуда термопрогон на 1KW+ неоднократно делался более 30 минут без разрушения элементов.
   Диоды STTH3003 с алишки проверка напряжения утечки - показала что 1 мА утечки при 110 вольт происходит. Купленные в Чип&Дип Шоттки 80CPQ150 вполне адекватно показывают 175-185 вольт при 1 мА утечки и комнатной температуре.
   Диоды 80CPQ150 повторяемо пробивает от переходных процессов при КЗ, терпят несколько десятков раз.
   Замена диодов на STTH6006 убрала возбуд от прогрева и пробитие от КЗ, но после сотен КЗ и термопрогона десятки минут - РБП вновь стал возбуждаться на мощностях >200 Вт, причина - воздействие пика тока переключения диодов при открывании силового ключа на каскад защиты по току первички - ослаблена несколькими путями.

При отладке первого самодельного частотника в январе-марте 2017 года для удобства, электробезопасности и уменьшения возможных потерь деталей спешно потребовался силовой регулируемый источник стабильного питания с оперативной регулировкой ограничений тока и напряжения.
   В накопленных лично мной за годы компьютерных ремонтов БП АТХ выделяются жирностью силовухи двухтактные MPT9806B-P или ATX9806B-P от Macron Power Co., LTD, продававшиеся у нас под маркой Vikings-350 (весьма похожая на имеющуюся у меня реальность схема взята из danyk.cz).
   Для увеличения мощности - радиатор штатных силовых транзисторов 2SC2625 заменён на радиатор большей площади от диодов такого же БП с доработкой напильником. Дополнительно сверху к паре радиаторов одинаковой высоты присоединена ал.пластина 3 мм для увеличения площади рассеяния тепла от выпрямителя и полумоста, направление принудительной вентиляции развёрнуто на вдув.
   Результат уменьшения теплосопротивления - достигнутая на испытаниях долговременная ~20 минут выходная мощность ~800 Вт на грани возбуда (шипения) при токе ~ 23 ампера и напряжении ~35 вольт.
  

Диодный мост V.1 из 4 шт. MOSPEC F12C20, взятых из БП ATX металлолома. Датчик тока - шунт 10 мОм, усилитель шунта до 5 вольт максимум и сравнение с уставкой на ОУ LM339, напаянном навесом над местом установки компаратора.
   Эта конструёвина исправно прослужила мне около 5 лет, вышла из строя в гараже знакомого от гревшегося паука , замкнувшего ногами цепи около TL494, унёсшего за собой TL494 и силовые ключи.
   При ремонте сделаны фото для этого обзора, изолирующие термоинтерфейсы заменены на корундовые 0.6 mm, термопаста заменена на GD900, под TL494 запаяна цанговая панель, в крышку РБП врезан готовый 7LED индикатор с али.
   За годы эксплуатации - простая конструёвина показала себя вполне пригодной для любительских целей. Врезка готового 7LED индикатора тока и напруги и мощи с алишки осознанно откладывалась для поддержания мечт и мотивации цифровизации РБП (прямого управления силовыми ключами от PWM мелкопроца по мотивам например Microchip DS70320B или учебного курса Microchip или Texas Instruments или STM32 D-Power) или 2015 блоки питания Илья АФанасьев или 2021 Ксавье Бигналет (Xavier Bignalet), Microchip Technology или даже завлекательной статьи Владимира Заболотского и Юрия Владимирова в Схемотехника №7, 2001 стр. 12 со слегка урезанным напримером реализации мечт в №9, 2002 стр. 4 рис. 5, но на базе самописанной неспешно шлифуемой универсальной заготовки на Pic18F + LCD 2004 + енкодер (частотник как например применения и контролёр температур).
  

   В процессе неспешной расчистки очередного экземпляра ATX9806B-P от лишних деталей для очередной переделки с мечтами об совершенстве - стало заметно, что при некотором старании "впихнуть невпихуемое" есть надежда разместить внутри корпуса ATX Vikings-350 2 шт. штатных трансформатора для повышения макс. мощности в том же габарите БП.
   Пара одинаковых трансформаторов расширяет пространство возможностей схемы выходной части - последовательно или параллельно, выпрямитель мост или полумост с использованием штатных втор.обмоток каждого трансформатора 5 и 12 вольт со средней точкой.
   Однако места для планирумой этажерки LCD 2004 и макетки с цифровым мозгом/енкодером в оставшемся отсеке было маловато на первый взгляд - что потребовало предельной экономии места при компоновке деталей V2.
   Поиск силовых ключей/диодов для ~удвоения выходной мощности с удвоением выходного напряжения вывел на NPN 30A BUF420AW (позже заменены на FET ST60N65M5 с алишки) и Шоттки 80CPQ150 (позже заменены на STTH6006 с алишки).

   Внезапно для тестирования ступичных веломоторов и параллельно УМЗЧ класса D потребовался стабилизированный мощный >500 Вт регулируемый источник питания с макс напругой выше 35 вольт - это породило спешку при разработке и пайке V2.
   Для получения максимально быстрого результата мечты об цифровизации были отложены, в плату были запаяны пара одинаковых трансформаторов (первички параллель, вторички последовательно), диодный мост и ключи для аналоговой стабилизации напруги, без защиты от выходного КЗ, тока первички, без демпферов вокруг диодного моста.
  

   Перенесённые при расчистке места под второй трансформатор элементы входной цепи - три варистора параллель, плавкий предохранитель 10А, синфазный дроссель увеличенного тока от CRT TV с металлолома, плёнки фильтра помех и диодный мост 10А с добавлением обрезка радиатора удалось 3D-скомпоновать и вместить в имеющуюся нишу под удвоенными конденсаторами входного фильтра. Разъём питания пришлось окультурить термоклеем/текстолитом и вынести на проводах в пустующий угол вентилятора.
   Расчистка места в отсеке выходной стороны позволила кроме батареи выходных конденсаторов 4 шт. 100 мкФ*160В + 7 шт. керамика 5 мкф * 400 В с диагональным подводом питания разместить доп.электролит входного фильтра размером 35*50 мм без конфликта с размещением готового LCD индикатора тока/напруги/мощи/заряда с алишки.

  Для расширения диапазона работы индикатора от 0В - питание индикатора отделено от выходной цепи разрезанием дороги на ПП и питанием головы индикатора от стабилизированной дежурки с увеличенным до 15 вольт для внутренних нужд РБП через штатный 4-клемник индикатора.
   Четыре последовательно соединённых силовых дросселя удалось разместить между парой силовых трансформаторов без контакта с радиаторами и доп.пластиной, накрывающей ветровой туннель силового преобразователя. Разделительные конденсаторы реактивного ограничения первичного тока удалось вместить 5 шт. навесом.
   Выключатель заменён на двухполюсный, выходной разъём демонтирован, входной перенесён к дну блока. Корпус БП в такой удвоенной комплектации закрывается без касаний с внутренними компонентами, места под этажерку LCD + енкодер + мозги Pic18F2431 хватает с зазорами ~2 мм на сторону.

  Упрощённая конструёвина без защит была опробована питанием первички от РБП 30 вольт с ручной регулировкой напруги на 4 ноге TL494 и не встретило проблем. После снятия осциллограмм первичных цепей от 30 вольт с нагрузкой вторички 0.5-1 Ом было подано 300 вольт на первичку с нагрузкой вторички 50W лампа накаливания 220 вольт. Выход напруга была до 110 вольт при макс.ШИМ, однако при увеличении выходного тока быстро проседала до 80 и менее, с возбудом=шипением силовухи при вых.мощности более 100-200 W.
   После 5-10 возбудов длительностью несколько секунд РБП тихо умер - вскрытие показало что оборвало базу одного из силовых ключей.
   После спешной замены пары BUF420AW ключей на новые - запуск первички от 300 вольт делал шипение=возбуд на самом малом % ШИМ без накаливания лампы на выходе. После нескольких возбудов длительностью по неск. секунд из этого мира тихо вышел ещё один силовой ключ с обрывом базы на том же месте - стало понятно что "дело было не в бобине ...", однако "Чингачгук три раза на грабли не наступает".

  Менее спешная проверка компонент выявила КЗ в одном из диодов 80CPQ150, который в отсутствие защиты по току первички рвал базу одного и того же силового ключа через ПОС по току в штатном ТГР, однако пробой 150 вольт диода в мосту при возбуде="шипении" стал неожиданностью для лично меня - ибо ожидался ~ двухкратный запас по раб.напруге Шоттки.
   Для попытки подавления возбуда и увеличения надёжности к удвоенному штатному первичному демпферу были добавлены 4х демпферы первички (позднее демонтированы), добавлены демпферы до и после диодного моста, обмотка ПОС по току в ТГР была уменьшена вдвое до 1 витка (разборка ТГР с нагревом до 170 градусов с переменным успехом - феррит хрупкий), удвоен ток управления ТГР, стабилизирован источник питания ТГР и собственных нужд БП на 15 вольтах, добавлены стабилитроны 5 вольт база-эмиттер, удвоены антипараллельные диоды - однако надёжной работы добиться не удалось - получалось снимать не более 1 КВт мощности, далее возбуд и через десяток секунд пробой диодов/ключей.

   На частично работающем РБП удалось испытать поведение мотор-колёса при питании 30-70 вольт, но проверка запаянной защиты от КЗ по 4 ноге через штатный вывод первичного тока ТГР опять сожгла базу в последней паре 30A BUF420AW.
   Под рукой были ключи MJW18020 с алишки, сделал измерение h21э и падения напруги на открытом ключе при токе ~15А - BUF420AW оказался лучше чем MJW18020 и существенно лучше штатных 2SC2625, однако в сравнении с давно купленными FET ST60N65M5 (Б/У демонтаж приварка перемаркер) биполярные отставали - принял решение переделать на FET с заменой ТГР (и уходом от ПОС по току первички = возможная причина возбуда и однозначная причина отгорания баз) на оптику HCPL3120 + DCDC 15-15v, отдельный ТТ первички на пермаллой кольце из цепи штатной стабилизации 3.3 вольта в ATX9806.
   Колебания между IGBT K50H603 с меньшей ёмкостью затвора и FET ST60N65M5 после разглядывания осциллограмм первички при управлении затворами от 2А HCPL3120 остановились на FET с сомнительным преимуществом. Минимально достигнутое время импульса на выходе IGBT и FET ~300 нСек, время фронта/спада менее 100 нСек, у FET закрытие существенно дольше.

   Лично мои первые попытки сделать оптически гальваноразвязанный драйвер затвора были в ~2005 году для темы "Открытый проект универсального зарядника" на РЦ-Дизайн. Изолирующий DCDC использовал из BNC сетевых карт 5в-9в (работает до 15в) металлолома, оптопару PC817 (других не было под руками), драйвер затвора Microchip TC4451 с триггером Шмитта на входе (так случилось). Быстродействия с натягом хватало после подбора резисторов вокруг аналог оптопар.
   Однако время уменьшает размеры электроники - и в 2023 году на алишке вполне доступны быстрые интегральные оптодрайвера (например 2A HCPL3120) и существенно меньшие по размеру стабилизированные 1-2 W изолирующие DCDC (например B1515LS-1W от китайского MornSun).

   Первой попыткой компоновки было разместить оптодрайвера на вторичной стороне ближе к TL494 (для этого пришлось развернуть один конденсатор выходной батареи), однако позже решил впихнуть в место и отверстия штатного ТГР ближе к силовым ключам для экономии места.
   ТТ тока первички ~1/15 с одним витком (много, позже уменьшил до 1/2 витка) удачно уместился в нишу за трансформатором БП собственных нужд.
   Раб. напруга диодов моста удвоена через установку STTH3003 с алишки (напряжение начала утечки проверил 25/07/2023 - внезапно обнаружились 110 вольт вместо ожидаемых 400+). Для улучшения теплоотвода поставил корундовые термоинтерфейсы - но по причине размера рядом не вмещались - пришлось изменить компоновку моста, плюсовые диоды без изоляции на радиаторе, минусовые через корунд и GD900, силовая разводка медью 2.5 мм^2, изоляция силикон трубка.

   Для попытки преодоления возбуда ОУ ошибки внутри TL494 используются для термисторов защиты от перегрева с гистерезисом, ограничение тока/напруги вынесено во внешний ОУ на макетке с разъёмами к морде и к силе.
   Для расчистки места под макетку с ОУ токового шунта и сравнения тока/напруги с уставками - каскад защиты по току первички перепаян ближе к TL494, диодный мост с нагрузочными резисторами 10 Ом рядом, подбором резистора связи начало ограничения тока первички ~13 A, конденсатор на 4 ноге 0.1 uF.

   Макетка с 4 ОУ аналог "мозгов" (токового шунта, сравнение с уставкой тока, сравнение с уставкой напруги, сравнение TL494 3 ноги с 4.2 вольта для открывания добавленного на радиатор IRFP460, подключающего к выходу резистор 50W 100 Ом для быстрой разрядки батареи выходных конденсаторов при блокировке ШИМ TL494) уместилась в освобождённое для этого место под LCD индикатором на верхней крышке корпуса.
   Раздельные СД индикации режима и переменники уставок тока/напруги врезаны в боковину корпуса АТХ. Ограничение тока первички отлажено при питании первички от 30 вольт.
   Тепловыделяющие нагрузочные резисторы и верхний резистор делителя выходной напруги размещены вокруг питающего гнезда и входного выключателя.

   Для преодоления выгорания диодов от переходных аналог.процессов при многократном КЗ - диоды заменяны на STTH6006 с алишки. Однако измерение ёмкости перехода, обратной напруги при утечке 1 мА, прямого тока при падении 1 вольт и падения напруги при токе 20А показали, что не все диоды одинаково полезны. Из 10 шт. купленных STTH6006 удалось отобрать 4 шт. похожих по совокупности параметров, дополнительно разложены на пары для большей симметрии плечей выпрямителя.
   Дополнительно перемотан (вдвое загрублен) ТТ тока первички, впаяны цепи дифф.ограничения ШИМ (через увеличение напруги на 3 ноге TL494 ) от нарастания тока и нарастания напруги с R*C ~= единицы mS. Усиление ОУ токового шунта уменьшено, вых.делитель убран, опорное напряжение на потенциометре ~3 вольта для тока ~15A, насыщение ОУ токового шунта при токе ~60A для возможности срабатывания дифф. ограничителя ШИМ при КЗ с режима штатной стабилизации тока 15А на 75+ вольтах.
   Принятые меры позволили снимать без возбуда >1.1 КВт десятки минут, выдерживать КЗ сотни раз с максимальной выходной напруги 78 вольт без выгорания диодов. Однако после сотен КЗ и термопрогона (длительной ~20 минут отдачи мощности >1 KW, установившаяся температура радиатора и дросселей/трансформаторов <80 Ц.) после остывания РБП вновь обнаружился возбуд на мощностях >200 Вт, пропадающий как при небольшом нагреве силовухи, так и при снятии стальной крышки РБП, так и при снижении подаваемого напряжения сети.

   В очередной попытке разгадать загадку возбуда в достаточно плотной компоновке с улучшением конструкции - 3Д модуль входного синфазного дросселя отделён от диодного моста для облегчения теплового режима, вх.диодный мост посажен на общий с силовыми ключами радиатор (через переходную 0.8 медь пластину - места на радиаторе не хватало без разборки РБП), пара китайских (возможно перегретых, но ёмкость близка к штатной) полипропилен плёнок CBB61 0.8 uF заменяна на пару 2.2 uF блокировочных MKP плёнки из металлолома итальянского частотника 1.5 КВт, удвоена ёмкость Y конденсаторов ВЧ-связи между серединой первички, нейтралью вторички и корпусом, входные термисторы, плавкий и один MKP перенесены к входному разъёму, верхний резистор делителя вых.напруги перенесён ближе к TL494, удвоен демпфер вторичной стороны после диодного моста.
   Однако принятые меры не устранили (и даже слегка усугубили) причины возбуда РБП на мощностях >200 Вт, пропадающего при прогреве или при открывании сталь крышки.
  

   В продолжение исследований - отрабатывается версия подгорания выходной батареи конденсаторов от многократных КЗ с ухудшением ESR/качества батареи. Замеры конденсаторов демпфера первичной стороны отклонений не выявили, надёжно замерить ESR нет оборудования, вых.батарея конденсаторов перепаяна на новые большего напряжения, дополнительно план добавить силовой дроссель ограничения пикового тока КЗ после батареи конденсаторов и "жертвенный" плёночный конденсатор из СССР военки металлолома (модуль зажигания ЗИЛ) после этого дросселя, но свободного места практически не остаётся.
   Однако трамбовать пассажиров маршрутки можно терпеливо, настойчиво и долго - в итоге удалось подвесить дроссель на радиатор без конфликтов с мордой и вых.проводом, а жертвенный конденсатор впихнуть в угол под переменники, изогнув и сместив токовый шунт. Дополнительно просверлено место под третий СД индикации защиты и добавлен плавкий 30А для защиты от переполюсовки возможно подключаемой батареи.

   Принятые меры по увеличению "жёсткости" конструёвины по постоянному току - ещё более усугубили возбуд, защита в закрытом корпусе срабатывала на ~20 Вт. Для проверки версии с деградацией дросселей - силовой дроссель был вынесен наружу, дополнительно выведен выход ТТ первички и установлен LEM LTS25 изолирующий токовый датчик в цепи силового дросселя.
   Симуляция в протеусе выноса дросселя наружу (270 uH видавшая 1 КВт термопрогон батарея из 4 штук, жёлтые по ~50 не греются, сине-зелёные по ~88 греются больше, 280 uH чёрный большой холодный на 1 КВт без обдува) существенно изменила ситуацию с возбудом - вновь появился киловатт, с чёрным дросселем ~1.2 KW долговременно (лимитирующий фактор - насыщение и нагрев входного синфазного дросселя, > 125 Ц после нескольких минут > 1 KW)
   Разглядывание без Протеусов реальных осциллограмм с TT и токового датчика LTS25 - позволило увидеть короткий высокий импульс тока при открывании силового ключа и следующим за ним переключением диодов моста, отсутствующий например в картинках из учебника про импульсные двухтактные преобразователи. Признаки насыщения ТТ и/или силовых дросселей увидеть удалось с трудом, исчезают после прогрева.
  

   Для ослабления пиков тока переключения использован бонус от внедрения FET и ухода от токовой ПОС первички - уменьшена скорость переключения (увеличены резисторы до 15 Ом, из них 10 Ом шунтирован диодом для попытки выравнивания скорости нарастания/спада при вкл./выкл., возможен подбор скорости открывания ключей по высоте пика тока переключения в сравнении с макс током первички на макс мощности), установлен доп.дроссель (1 uH, но можно отмотать до 0.5 uH) в первичку силовых трансов, добавлена RC цепь 100 Ом+10 нФ после моста на выходе ТТ.
   Силовые дроссели были перетасованы для облегчения теплового режима - жёлто-белые в яму, сине-зелёные на трансы. Термистор защиты от перегрева переместил на самый горячий компонент - входной синфазный дроссель для проверки работы порога и гистерезиса тепловой защиты. В процессе экспериментов сине-зелёный дроссель был перегрет до плавления краски и лака за несколько минут - но это не изменило его свойств - насыщения не наблюдается, индуктивность не изменилась.
   Меры дали результат - закрытый РБП выдаёт около 1 КВт (макс.мощность слегка снизилась из-за добавки реактивного сопротивления в первичку) примерно ~5 минут до сработки защиты от перегрева, ~700 Вт можно снимать более получаса без сработки защиты, температура синфазного дросселя при этом ~105 цельсиев, радиатор ~60 Ц.
   Меры по смягчению последствий КЗ на макс. напруге тоже дали результат - искра меньше, старт мягче, ограничение тока при КЗ около 18 ампер вместо стабилизации 15 ампер.

   После осознания и неоднократного подтверждения того, что увеличение жёсткости схемы по постоянному току ведёт к возбуду (возможно по причине токов восстановления диодов) - пришлось сменить направление движения на противоположное - накапливание реактивностей (в том числе паразитных) в цепи протекания токов обратного восстановления для ослабления импульсных причин наводок и возбуда:

  •    Входная батарея керамики была удалена из входной батареи электролитов ;
  •    Выходная батарея керамики была отпаяна от выходной батареи электролитов и впаяна после второго дросселя параллель жертвенному конденсатору для уменьшения пиков тока переключения и уменьшения просачивания их (возможно через магнитную связь силовых трансформаторов и силовых дросселей при плотной компоновке) на выход РБП;
  •    Из батареи плёнок первичной обмотки был удалён обычный короткий полипропилен CBB22 и оставлены только 4 шт. длинные майларовые плёнки MER с нормированной реактивностью (добытые из 4 шт АТХ БП металлолома);
  •    Связывающие по переменке первичку, вторичку и корпус керамические Y конденсаторы удалены ;
  •    После подтверждения работы порога и гистерезиса тепловой защиты - входной синфазный дроссель заменён на более мощный (серый ~3 mH) для устранения перегрева и насыщения (в том числе от токов обратного восстановления, простреливающих до входных плёнок).

   Температура синфазного дросселя снизилась до ~40 цельсиев при ~1 KW долговременно (термопрогон около часа).
   Если рабоче-полевое тестирование не выявит слабостей опытной конструёвины - то отладку силовой части для цифрового РБП весом ~1.8 Кг мощностью 1+ KW можно будет полагать завершённой.
   Из выявленных недостатков - пачки шума переключения ~13 МГц проходят сквозь 2 фильтра на выход с амплитудой более вольта пик-пик (амплитуда и вид иголок похожи на фабричный). Устанавливать реактивности в цепь протекания токов обратного восстановления - места маловато, но надо думать. Возможно замена диодов на 600 Вольт SiC Шоттки в корпусе ТО-220 или TO-247 даст снижение шумов через отсутствие токов восстановления. Возможно переделка схемы вторички на полностью симметричную (двухпроводную) с изоляцией диодов от радиаторов и подбор взаиморасположения (симметрию) силовых намоточных изделий в ветротоннеле даст снижение проникновения импульсов переключения диодов моста на выход РБП. Возможно цифровизация даст возможность использования Шоттки 80CPQ150 или MBR20200 без пробоя со снижением шумов и тепловыделения.


   Вышеописанные эксперименты/подборка номиналов аналог параметров с многократными перепайками схемы резисторов/конденсаторов - увеличивают мотивацию цифровизации РБП для упрощения отладки и повторяемости и уменьшения склонности к возбуду с паразитной генерацией на нерасчётных режимах с низкой частотой и высокой амплитудой токов и напряжений, с учётом предстоящей отладки совместной ПИД стабилизации ограничений тока и напряжения.

«То, что не удалось написать на .asm - приходится паять»

Пока в заготовке на Pic18F2431 (768 байт ОЗУ и 16 Кб ПЗУ памяти программ, 12 MIPS 8 бит ALU, осталось ~1/2 ПЗУ и ~1/3 ОЗУ и ~2/12 MIPS) реализовано:
  • Расширяемый список параметров настройки с регулированием и сохранением значений в ЭрПЗУ=EPROM, использующий индикатор 20*4 на HD44780, управление енкодер + 3 кнопы;
  • Три рабочих экрана=режима работы с индивидуальным назначением кнопок;
  • Отладочное средство просмотра ОЗУ в одном из рабочих экранов;
  • Тетрада LED на выводах LCD с регулировкой общей яркости из меню, обновляются ~1 КГц;
  • Привязка (чтение и запись в указанный слот ПЗУ) 1-Ware серийников до 8 датчиков DS18B20 из меню, без программатора ;
  • Несколько (~5-10) быстро переключаемых из меню наборов настроек источника питания;
  • 64 байта кольцевой буфер 10 бит выборок АЦП 24 КГц для скользящего среднего входа компонентов регулятора П (сумма кольца) и Д (разность произведения свежего на длинну кольца и всех остальных членов) для каналов АЦП тока и напряжения с регулируемой из меню длинной кольца 2-18 выборок;
  • Программная адаптация Pic18F2431 для генерации парафазного ШИМ 24/48 КГц 0-50%, разрешение ~9 бит c использованием 2х каналов PCPWM
  • Программное разделение Reset событий Pic18F2431 на Warm и Cold для реализации быстрой <1 uS защиты от высокой ступени сверхтока первички (примерно >80 А на вторичке, порог многооборотным подстроечником) с последующей частичной инициализацией аппаратуры
  • Cнижение заполнения парафазного ШИМ <1/8 (= 2.5 мкСек) через увеличение периода (=снижение частоты) от 24/48 до 1.5/3.0 КГц с единовременным уменьшением длительности включения от 2.5 до 0.0 мкСек для плавного подвода мощности РБП к нулю от единого 9 бит задатчика
  • Мягкое ограничение сверхтока низкой ступени (примерно >60 А на вторичке, порог многооборотным подстроечником) через ополовинивание задатчика ШИМ (=снижение мощности) со сменой регистров ШИМ за 1 период ШИМ в высоко приоритетном прерывании Int0 для уменьшения мощности РБП при токе силовых ключей выше максимально предусмотренного в исправном РБП

   Внезапно при длительном тестировании нагрева диодов в опытной конструёвине током 20+ ампер бахнул мой РБП №1 35V 24A - не сдюжил пару часов на макс токе при напруге около 10 вольт - предположительно перегрелись MOSPEC F12C20, после коротыша диодов защита от сверхтока сработала не достаточно быстро (в ней есть сглаживающий конденсатор) - следом за диодами улетели силовые ключи (возможно от ПОС по току первички), в результате коротыша ключей бахнул вход плавкий, возможно сверхтоком унесло и диодный мост, РБП пока не открывал для обозревания потерь.
   Это событие обострило необходимость создания киловаттного макета для цифровизации РБП - паять очередной аналоговый вариант не хочется пока.
   С учётом полученного практического опыта при сборке первого киловаттника - плата была практически полностью очищена от деталей. Симуляция в Протеусе показала возможность размещения пары штатных силовых трансов в одинаковой позиции - вниз ногами и вдоль потока ветротоннеля, однако детали БП собственных нужд пришлось частично переносить и старательно трамбовать с учётом острого дефицита объёма в киловаттном РБП форм-фактора ATX.
   Конфигурация силового выпрямителя решил попробовать полумост из 4 шт. попарно-параллельных MBR20200 с Алишки и шунт. выхода 1 шт. 80CPQ150 из Чип&Дипа, ожидаю на выходе примерно 35-40 вольт и 40-50 ампер долговременно.

   Силовые ключи - вместо сверления отверстий в радиаторе решил перенести проводники в печатке для экономии места.
   Навыки навесного монтажа и 3Д трамбовки деталей в существующую печатку позволили впихнуть БП собственных нужд в почти прежнее место на плате, не конфликтующее с доп. силовыми компонентами. После тщательной проверки монтажа, устранения косяков (перемычка J03 минуса=общего от транса к плате была не установлена) - обратноход заработал, стаб. вых. напруга 14.3 вольта - придётся увеличить 4К7 до расчётных 5К напайкой доп.резистора в цепь вход делителя TL431.
   В качестве бонуса - на нижнем выпрямителе с нагрузкой вентилятором - 5 вольт, от которых вентилятор крутится достаточно тихо для ХХ, возможно будет реализовано аналоговое и/или цифровое увеличение напруги питания вентилятора от нагрева NTC термисторов на силовых дросселях.

   Помня про возможность высокого уровня импульсных наводок в плотной компоновке - соединения модуля питания и оптодрайверов к силовым ключам и морде сделаны витухой с шагом ~5 мм. Для уменьшения скорости открытия и попытки уравнивания скоростей открытия и закрытия - использованы менее мощные драйвера HCPL3150 с резисторами 10+10 Ом, один из которых шунтирован диодом. Для улучшения охлаждения текстолит к модулю приклеен с торца для укрепления вибростойкости 3Д монтажа, модуль крепится к плате 2 проводами питания 15 вольт, суммарное потребление переключения 2 драйверов затворов ~5 nF на частоте ШИМ 24/48 КГц около 45 мА.
   Однако внимательность при монтаже (проверял полярность несколько раз перед включением) позволила припаять питание модуля опторазвязки 15 вольт наоборот и подать питание, что унесло за собой 1 шт. DC-DC (грелся) и питающийся через него оптодрайвер (не открывал ключ). Замена модулей отняла пару часов.

   После запайки вместо штатного ТГР модуля питания и оптодрайверов силовых ключей и программной адаптации к новой схеме (оба силовых ключа открываются высоким уровнем сигнала, общая земля) - проверка на макете из пары PC817 парафазного ШИМ выявила убийственный (в том числе иногда сквозняком) импульс 200-400 мкСек при подаче питания и тёплом старте, однако вдумчивое распределение команд инициализации модуля PCPWM между максимально оперативными после сброса (около 1 мкСек если 50 МГц возбудились, иначе ~6 мкСек от внутреннего RC 8 МГц) для попытки сохранения силовых ключей и отложенно начинающими новую генерацию после анализа причин сработки защиты позволило обойти проблему без достаточного понимания причин её возникновения.
   Дополнительно отлажен программный интервал покоя между парафазными сигналами максимального заполнения, проверен результат сложения выходов парафазного ШИМ.
   Реализации взятия длительности импульса и периода ШИМ от единого 9 бит задатчика с плавным уменьшением частоты ШИМ от 24 до 1.5 КГц при длительностях <1/8 = 2.5 мкСек для плавного подвода мощности РБП к нулю - предоставляет единый исполнительный орган для отладки совместного ПИД регулирования тока и напряжения.

   Первый вариант цифровизации подразумевает возможность наличия недочётов в проге (с учётом программной адаптации к парафазности, программно вычисляемого интервала времени покоя), чреватых вылетом силовых ключей, в том числе от сквозняков и стартовых перекосов. В качестве попытки сохранить ключи и время на их замену - хочется быстро измерять посредством ТТ и реагировать на ток не только первички силовых трансов, но и ток возможного сквозняка через стойку силовых ключей, в том числе по причине КЗ одного из ключей.
   Для первого варианта реализации такой гальваноразвязанной защиты не придумал ничего лучше, чем пара ТТ (вторичка 42 витка 0.25, нагрузка 10 Ом до моста и 10 Ом после моста, в будущем можно мотать 50-80 витков), в каждом пара первичек пол витка - одна от накопителей к ключу, вторая от средней точки накопителей к трансам. Сигнал тока открытого ключа до и после транса будет синфазно удваиваться, ток противоположного ключа должен задавать линию нуля. При сквозняке суммирование сигналов ТТ произойдёт после диодных мостов на выходах ТТ. После R*C ~ 0.1 uS =10 Ом + 10 nF пара компараторов и пара входов ошибки с возможностью различной реакции на две (регулируемые подстроечниками) ступени превышения тока - ополовинивание %ШИМ в прерывании Int0, сброс генератора ШИМ с повторной инициализацией и подсчётом количества перезапусков (ограничение количества из меню).

   Внезапно при попытке добыть осциллограммы с выхода датчиков тока первички - было обнаружено пропадание выхода одного из ключей, сопровождаемое генерацией помех, опрокидывающий приставку-осциллограф в алебастру каждую секунду (снимков экрана с иголками нет).
   Попытка победить помехи усложнением и увеличением габарита фильтров, попытка увеличить устойчивость осциллографа напайкой 32 шт. керамики 50 uF поверх каждой микросхемы дискретной логики и увеличение других конденсаторов фильтрации, попытка увеличить помехозащищённость канала связи приставка-ПК через изготовление короткого шлейфа связи с чередованием земель - некоторый результат возимели, но не достаточно для достижения устойчивости работы приставки при наличии интенсивных игольчатых помех.
   В ходе экспериментов от помех погиб (бахнул) аналоговый киловатник на TL494 при питании от него выходного каскада отлаживаемого РБП - аналог возбуждался от прожектёра вопреки килограмму ферритов между ними на мощностях около сотни ватт. Вскрытие выявило уход обоих силовых ключей и обоих оптодрайверов и обоих корунд термоинтерфейсов от силы волшебного дыма, замена вернула РБП к жизни, попутно была усовершенствована схема фильтра питающей сети.
   Распайка схемы с последовательным контролем работоспособности каскадов - позволила обнаружить плавающую причину генерации сводящих с ума игольчатых помех (нередко исчезала после прогрева) - медь волос в слое не смытого флюса между выходами ~50 вольт обмотки одного из трансов.

   Устранение точечного контакта под слоем флюса, порождающего плавающее КЗ в силовой высокочастотной цепи - вернуло схеме обычные ожидаемые свойства, позволившие как обычно получать осциллограммы с датчика тока и отладить схему двух ступеней компараторов сверхтока первички с реакцией посредством Int0 и Reset. Реагирование датчика на замыкание одного из силовых ключей также проверено на напряжении питания ~5-10 вольт, итоговая чуствительность датчика около 10 Ампер выходного тока выпрямителя вторички на каждый Вольт до порога компаратора, повторяемость сработки около единицы задатчика ШИМ.
   Дополнительным плюсом цифровизации - внезапно оказалась устойчивость Pic18F2431 к игольчатым помехам, генерируемым в сантиметрах от макетки с проводами мелкопроца, однако уверенно сводящих с ума аналог TL494 в соседнем РБП и цифру экранированной дискретной логики осциллографа в метре.

   Для уменьшения нагрева силовые индукторы перемотаны проводом Ф1.3 и включены 2S2P симметрично, итоговая индуктивность сборки ~60 uH, выходная батарея конденсаторов ~2 mF, из них ~150 uF керамика, частота резонанса (среза) получившегося LC фильтра НЧ 2 порядка ~ 459 Гц, вых. волновое сопротивление ~0.17 Ом, ослабление входной амплитуды ~50V за ~2 декады до ~ 5 мВ без учёта паразитного проницания импульсных помех сквозь конструёвину.
   После продолжения трамбовки деталей в ограниченный объём БП ATX с тестами силовухи от ЛАТРа (мозги питал от внешнего БП 15 вольт) Внезапно обнаружилось выгорание БП собственных нужд, удачно расположенного в глубине конструёвины.
   Поиск неисправности выявил полу пробитый транзистор C945 от долгой работы на низких напряжениях питания силовой части, замена вернула БП собственных нужд к жизни.
   Попытка заменить автогенерирующий шумогенератор БП 15 вольт на Viper-50 пока не удалась без перемотки трансформатора подходящего габарита.

   Распайка силовой схемы на модуля позволила сделать дополнительные фото и попутно оптимизировать разводку питания, выделив шумогенератор БП 15 вольт в отдельный фильтровый контур с возможностью отключения от силовухи.
   Дополнительно удалось плотнее установить пару ТТ с парой первичек в каждом.


   P.S. В Чём-то похожие самоделки других людей :

Какой смысл повторять подобное в каждом первом радио кружке/ПТУ/ВУЗе руками обучающихся, если можно купить Gophert или Wanptek или даже Yibenyuan и не париться ковырянием металлолома с искренней маниловщиной мечт об технологическом суверенитете на фоне цифровизации вместо наблюдаемого цифрового порабощения и укрепления колониального ярма, в том числе зависимыми от интернетов зомби ?
  
   P.P.S. Когда-то давно, по слухам от живших тогда людей - мастерство изобретательности кузнеца можно было однозначно определить с первого взгляда при заходе в кузню по уровню самостоятельно изготовленного кузнецом для себя инструмента и приспособлений.
   Однако позже появились кузнецы, унаследовавшие кузню с инструментом от предков, а ещё позже и покупающие кузнечный инструмент ручной работы на рынке как способ старательно мимикрировать под реально мастеровых.