Ovládání zdrojů 50V po sběrnici CAN.

10.3.2021

Úvod.

Začátkem roku 2020 se mi dostalo do ruky několik zdrojů 53V 3000W. Šlo o 2 typy zdrojů. První je typ Eltek FLATPACK2 48/3000 a druhý je Huawei R4850G2. Chtěl jsem je použít pro napájení PA s tranzistorem na 50V. Ale použít pro jejich napájení plných 53V se mi vzhledem k ceně tranzistorů jevilo jako neúměrné riziko. Na internetu jsem nalezl velmi komplikovanou úpravu HW zdroje FLATPACK, která se mi nelíbila. Zjistil jsem ale že lze tyto zdroje ovládat a monitorovat po CAN sběrnici. Bohužel relevantních informací o sadě příkazů je velmi málo. To co se mi podařilo najít na internetu, případně odposlechnout na CAN a rozklíčovat je jen malá část možností které zdroje poskytují. Pokud by někdo měl kompletní sadu příkazů pro některý ze zdrojů a byl by ochoten se podělit byl bych velmi vděčný. Přesto se mi ale podařilo u jmenovaných zdrojů ovládnout nejdůležitější funkce - zejména změnu napětí což pro mě bylo nejdůležitější. Pomocí sběrnice CAN lze dálkově monitorovat provozní hodnoty zdrojů což je velmi užitečné v případě že je zdroj umístě spolu s PA přímo u antény.

Nejprve bylo nutné naučit se komunikovat se zdroji po CAN. Pro první pokusy je vhodné použít nějaký převodník USB <-> CAN. Takovým převodníkem pak lze odposlouchávat sběrnici, případně i zdroji posílat příkazy. Já jsem k tomuto účelu použil převodník od Thomase Fischla. V Minulosti už jsem od něj jiné jeho konstrukce použil a tak jsem k němu měl důvěru. Převodník mou důvěru nezklamal a fungoval zcela bez problémů. Výhodou je i dobře použitelný software dodávaný k tomuto převodníku. Za pomoci tohoto převodníku jsem se mi podařilo monitorovat hodnoty i ovládat oba zdroje.

Popisy ovládání zdrojů jsou ke stažení v PDF formátu zde:
Popis ovládání zdroje FlatPack2 a Popis ovládání zdroje Huawey

V popisu ovládání zdroje FlatPack2 je i stručný návod k použíti převodníku CAN <-> USB a SW co je k němu dodáván. Popisy příkazů platí pro zdroj FlatPack2 o výkonu 3000W. Existuje i varianta s výkonem 2000W ale tu nemám k dispozici takže nemohu ověřit zda popis platí i pro tuto verzi zdroje.

Monitor stavu zdrojů.

Po úspěšném zvládnutí komunikace se zdroji mě lákala myšlenka na vývoj monitorovacího zařízení kterým by bylo možné na dálku sledovat stav zdroje. Pak přišla Covid krize a já musel zůstat v Liberci a nemohl jsem se věnovat pro mě důležitějším projektům. Měl jem ale v Liberci testovací desku a ATMEGA32 a tak jsem se pustil do vývoje monitoru. Nakonec jsem monitor doplnil i o možnost nastavení napětí. Nejprve jsem monitor vyvíjel s dvouřádkovým displejem a po tom co mi z Číny přišel displej Nextion upravil jsem software pro tento displej. DPS monitoru je navržena pro obě varianty - lze použít buď displej Nextion nebo znakový displej 2x16 znaků. Software je zkompilován pro obě varianty takže si uživatel může rozhodnout kterou vatiantu použije. Změna napětí zdroje je ale možná pouze u verze s Nextionem. Využívá se u ní možnosti ovládání pomocí dotykového displeje. Monitorovací zařízení lze použít pro obě verze zdrojů, jen se použije jiný SW který se do procesoru a Nextionu nahraje.

Schéma monitoru :

Jak je vidět zařízení je velmi jednoduché, podle potřeby se osadí a použije buď konektor a okolní součástky pro Nextion nebo pro znakový displej. Odpor R2 se použije v tom případě že Váš programátor vyžaduje pro správnou funkci napětí 5V na ISP konektoru. Můj programátor 5V nepožaduje a proto odpor neosazuji.

Použitý Nextion je typu NX3224T02_11. Jde o barevný displej velikosti 2,8" s rozlišením 240 x 320 pixelů a dotykovou obrazovkou.

Na vstupu zařízení je převodník CAN <-> ISP osazený obvodem MCP2515. Tento převodník lze v Číně koupit za pár korun, případně ten kdo spěchá si ho může objednat u GME. Použití hotového modulu mi usnadnilo vývoj zařízení - nebyl důvod malovat schéma z jednotlivých součástek když byl k dispozici hotový modul. Při nákupu si dejte pozor aby modul obsahoval krystal 8MHz a obvod MCP2515. Existují i jiné moduly s jiným krystalem nebo převodníkem. S těmi ale zařízení fungovat nebude přesto že navenek plní obdobnou funkci. Abych mohl modul osadit do DPS musel jsem odpájet původní pinovou lištu na straně ISP a zapájet ji do modulu z druhé strany. Kdo si na tuto práci netroufne může použít drátové propojky.

Osazovací schéma DPS monitoru :

Klišé pro výrobu DPS fotocestou

Před tiskem klišé je nutné v PDF prohlížeči nastavi velikost tisku 1:1. Většina prohlížečů jinak přizpůsobí velikost stránky podle svých preferencí a vytištěné klišé by nemělo správnou velikost.

Uvedení zařízení do provozu.

Nejprve je nutné nahrát potřebný firmware. To se liší podle toho, zda používáme verzi s Nextionem nebo znakovým displejem. U znakového displeje se pouze nahraje obvyklým způsobem pomocí ISP programátoru SW a "fuses" do procesoru. Pak zařízení začne fungovat. Jen je nutné nastavit trimrem R3 kontrast displeje. Na rozdíl od verze s Nextionem verze se znakovým displejem neumožňuje ovládání zdroje ale pouze zobrazování jeho aktuálního stavu.

Nastavení "pojistek" procesoru.

U verze s Nextionem je nutné navíc nahrát SW do Nextionu. Předpokládám že s tímto typem displeje se ještě řada lidí nesetkala a proto tuto akci popíši podrobněji. SW lze do displeje nahrát dvěma způsoby. Buď přes SD kartu zasunutou do Displeje nebo přes sériové rozhraní. Kompletní dokumentace k displeji je na stránkách výrobce. Já dávám k dispozici soubor s příponou TFT které jsou vhodné pro nahrání programu nextionu pomocí SD karty. Soubor přesuneme na micoSD a dame pozor, aby se na kartě nacházel pouze tento soubor. Vložíme do slotu microSD displeje na zadní straně a připojíme napájení. Průběh nahrávaní uvidíme na dipleji. Po skončení vyjmeme microSD kartu a odpojíme napájení. Po opětovném připojení napájení displej začne pracovat již s nahraným programem a grafikou.

SW Nextionu pro zdroj FlatPack2
Firmware ATMEGA8 pro zdroj FlatPack2 ve formátu *.BIN
Firmware ATMEGA8 pro zdroj FlatPack2 ve formátu *.HEX
SW Nextionu pro zdroj Huawei
Firmware ATMEGA8 pro zdroj Huawei ve formátu *.BIN
Firmware ATMEGA8 pro zdroj Huawei ve formátu *.HEX

3.12.2021
Nová verze Firmware ATMEGA328 v. 3.2 pro zdroj Huawei ve formátu *.HEX
Nová verze Firmware ATMEGA328 v. 3.2 pro zdroj Huawei ve formátu *.BIN

Software pro znakový displej neprošel závěrečným testováním, protože jsem práce na programu dokončil s displejem Nextion. Proto ho neuveřejňuji. Nicméně by měl být funkční a pokud něhdo bude mít o tuto variantu zájem mohu ji vygenerovat. Ovšem bez záruky 100% funkčnosti.

Ovládání zdroje FlatPack2.

Zdroj má vzadu konektor pro zasunutí expanzní desky. Tou se ke zdroji připojí napájecí napětí a jsou jí vyvedeny výstupní napětí a signály sbernice CAN. Signály CANH a CANL je nutné propojit je se stejnomennými vstupy na vstupním modulu CAN <-> ISP. Země se nepropojují, zdroj je s ovládací jednotkou propojen pouze signály CANH a CANL. Bohužel návrh expanzní desky se mi nějak nedochoval v PC, proto přikládám alespoň obrázek ze kterého jsem původně čerpal. Expanzní desky lze rovněž zakoupit např. na ebay.

Po zapnutí řídící jednotka nejprve čeká na příjem zpráv od zdroje. Musí přijmout informaci o výrobním čísle a nastavení CAN sběrnice. Teprve potom je jednotka schopna ze zdrojem komunikovat.

Po načtení potřebných dat ze zdroje ze zobrazí základní obrazovka. Na ní se zobrazují údaje které ze zdroje umím vyčíst. Zdroj o sobě poskytuje mnohem více informací, já ale bohužel nevím co znamenají a neumím je proto využít. Vstupní teplota je teplota vzduchu vstupujicího do zdroje a výstupní je teplota odcházející ze zdroje. Zelený obdélník s nápisem OK signalizuje že je zdroj v povoleném rozsahu provozních hodnot. V případě že se některá zobrazená hodnota dostane mimo optimální stav nejprve zežloutne což znamená varování a pokud se dostane zcela mimo toleranci zčervená. Na to je potřeba reagovat. Řídící jednotka sama o sobě zdroj nevypne - jen varuje obsluhu.

Po doteku na tlačítko "Konfig." se řídící jednotka přepne do režimu ve kterém je možné nastavit výstupní napětí zdroje. Tlačítky nahoru a dolů je možno nastavovat napětí. Tlačítkem "ESC" se volba zruší beze změny napětí a tlačítkem "OK" se navolené napětí potvrdí.

Důrazně doporučuji měnit napětí POUZE bez připojeného spotřebiče. Spotřebič připojte až po ověření že je na výstupu skutečně požadované napětí. Předejdete tak případnému poškození spotřebiče při případné chybné změně napětí.

Po změně napětí se objeví následující informační obrazovka která nám říká co máme dále udělat. Důležité je po vypnutí zdroje počkat nějakou dobu až se uvnitř vybijí všechny kondenzátory a zdroj se skutečně uvede do klidového stavu. Stávalo se mi že pokud jsem byl netrpělivý po opětovném zapnutí zdroje napětí nebylo změněno. Pokud se Vám to stane nelekněte se a proveďte změnu znovu.

Vše co jsem zde popsal platí pro zdroj FlatPack2 3000W. Existuje i zdroj FlatPack2 2000W. Domnívám se že by řídící deska mohla fungovat i s tímto zdrojem, ale nemám ho k dispozici takže jsem tuto domněnku nemohl ověřit. Pokud to někdo vyzkouší budu rád pokud mě bude informovat.

Ovládání zdroje Huawei R4850G2.

Pro tento typ zdroje používáme stejnou ovládací jednotku jako pro předchozí zdroj, ale je nutné provést 2 změny. Místo procesoru ATMEGA8 je použit procesor ATMEGA328. Je ve stejném pouzdru se stejným rozmístěním pinů takže jejich vzájemná záměna nečiní problém. Druhá změna spočívá v použití krystalu 16MHz místo původních 12MHz. V této konfiguraci deska pracuje s aktuální verzi firmware 3.1 . Původní verze firmware pracovala s procesorem ATMEGA8 a krystalem 12MHz. Doporučuji ale použít novou verzi, která má podstatně vyšší užitnou hodnotu a hlavně (snad) funguje správně :-).

K použití procesoru ATMEGA323 mě donutil nedostatek místa pro program v ATMEGA8. Vyšší kmitočet jsem musel použít proto, že zdroj po žádosti o vypsání stavu vychrlí 13 zpráv velmi rychle za sebou a s krystalem 12Mhz jsem měl problém spolehlivě je všechny dostatečně rychle přečíst. S krystalem 16MHz již probíhá čtení zpráv spolehlivě.

Dále pro tento zdroj už nemám verzi pro znakový displej ale pouze pro Nextion. Součástky v obvodu znakového displeje proto můžete vynechat.

Nastavení "pojistek" procesoru ATMEGA328.

Tento zdroj má vzadu výstup pomocí slotu na DPS která má být nasunuta do zařízení které původně měla napájet. Na tuto DPS můžeme bez problému připájet potřebné přívodní vodiče.

Aby zdroj naskočil a začal dávat výstupní napětí je nutné propojit oba vývody Sence a připojit je na záporný pól zdroje. Vývody Sence jsou vedle vývodů CAN a nejsou zobrazeny na předchozím obrázku. Jak to má vypadat je ukázáno na následující fotografii. Pozor, je na ní špatně popsán vývod CAN. Na horní straně konektoru je vývod CANL a ne CANH jak je popsán na fotografii.

Ovládání je podobné jako u předchozího zdroje. Po zapnutí jednotky dokud není ustanovena komunikace se zdrojem se aktivuje úvodní obrazovka:

Po ustanovení komunikace se zobrazení přepne na hlavní obrazovku kde ze zobrazují hlavní údaje o zdroji.

Po doteku na tlačítko "Konfigurace" se aktivuje konfigurační obrazovka. U tohoto typu zdroje umím nastavit taky proudové omezení. Tlačítky OK, se nastaví předvolená hodnota napětí a proudového omezení. Tlačítkem ESC se vrátíme do hlavní obrazovky beze změny. Po změně se tento zdroj nevypíná. Dokonce MUSÍ zdroj zůstat ještě několik minut zapnutý jinak by se mohlo stát že se zdroj přenastaví na napětí 46V.

Opět důrazně doporučuji měnit nastavení POUZE bez připojeného spotřebiče. Spotřebič připojte až po ověření že je na výstupu skutečně požadované napětí. Předejdete tak případnému poškození spotřebiče při případné chybné změně napětí.

Zdroje ze kterých jsem čerpal informace:

Stránky EA1DDO
Fórum
YouTube
YouTube
Modifikace FlatPack
Další zdroj
Informace o zdroji Huawei R4850G2
Skvělý zdroj informací o zdroji Huawei R4850G2. Škoda, že jsem ho neměl k dispozici když jsem psal SW