DPS5020 kotelo

From Helsinki Hacklabin wiki
Jump to: navigation, search


Kotelo DPS5020 teholähteelle

DPS5020 kotelo

Tyyppi: teholähde
Tekijät: JukkaJ Matti.Nummi
Aloitettu: 2021
Tila: valmis
GitHub: [NONE]



DPS5020 teholähdettä varten on laadittu kaksi rakennussarjaa:

1. Kotelointiin tarvittavat komponentit

2. Laseroidut akryylipalat koteloa varten.

Ykköspaketissa ajatus on, että kotelon rakentaja hankkii kotelomateriaalin itse ja laseroi sen myös itse annettujen kaavioiden pohjalta.

Kakkospaketissa saa laseroidut akryylipalat.

Ohessa vastaavat rakennussarjan MobilePay QR-koodit, jolla voit maksaa vaihtoehdon 1: 20€ tai vaihtoehdon 2: 10€.

Rahat menevät Hacklabille.

Paketti 1: Kotelon rakennussarja eli tarvittavat komponentit (20€)

Mobilepay-DP5020-komponentit.png


Paketti 2: Kotelon akryylit (10€)

Mobilepay-DP5020-kotelo.png


Rakennussarjat löytyvät Noutolaatikoiden vierestä:

Rakennussarja-DPS5020-laatikko.jpg


Rakennussarjoja ei ole välttämättä valmiina alkuvaiheessa (vuoden 2022 alkupuoli), joten ilmoita hankinta-aikomuksestasi Matti Nummelle Slack:ssa, jolloin voimme varmistaa saatavuuden.

13.1.2022: 4 settiä komponentteja ja 4 settiä kotelolevyjä on saatavilla.

Huomautukset

DPS5020 sisältää lähtöjen väliin (katodi plussassa, anodi maassa) kytketyn diodin suojaksi väärinpäin ladattavaksi kytkettyä akkua vastaan. Tämä kuitenkin mitä todennäköisimmin rikkoo pintaliitossulakkeet lähtöliittimien välissä.

JOS LATAAT AKKUJA, ÄLÄ SIIS KYTKE LÄHTÖÖN AKKUA (AKUN NAPAISUUTTA) VÄÄRIN PÄIN


Koteloa on testikuormitettu n. 210W asti. Kuormituksen ylittäessä 200W suositellaan lisätuuletinta. Lisätuulettimesta tehtäneen oma rakennussarja aikanaan. Haasteena on, että jännitesyöttö voi olla aina 60V asti, toteutus kannattaa olla hakkuripohjainen. Valmisratkaisuja en ole löytänyt.

Rakennussarja ei sisällä virtalähdettä DPS5020 virransyöttöön. Tähän suositellaan vanhoja läppäreiden virtalähteitä, näitä löytyy helposti esim. kierrätyskeskuksista. Myös jäsenistöltä voi kysyä, löytyykö tarpeettomaksi jääneitä. Läppärivalmistajat eivät ole pystyneet sopimaan latausliittimen standardista, mutta ainakin Aliexpressistä näyttäisi löytyvän adaptereita eri laitevalmistajien DC latausliittimistä rakennussarjassa tarjolla olevaan 5.5/2.5mm DC-runkoliittimeen.

DPS5020 paketit löytyvät käytävän hyllyn takapuolelta, joka on kaapattu elehuoneen käyttöön.

Linkkejä

Dokumentaatio

Dokumenttikansio http://www.mediafire.com/folder/g21va7a0v2c15/power-2, jossa löytyy dokumentit

  • Operation and PC and APP instruction for Digital Control Constant Voltage Constant Current power supply With power part.pdf
  • DPS5020 CNC Power Communication Protocol V1.2
  • Factory technical support and conctact way .docx, jossa ohjattu linkki "official store" https://rdtech.aliexpress.com/store/923042

Muuta

https://forum-raspberrypi.de/forum/thread/46324-ansteuerung-programmierbarer-stepdown-regler-dps/

Kotelon laser leikkaustiedostot

  • Kotelon binääritiedostot ylläpidetään HelsinkiHacklab/DPS5020 repositoryssä [1]

DPS5020 kotelon tiedot

DPS5020 virtalähteen akryylikotelon suunnitelma.

caption Kotelo edestä

caption Kotelo takaa


Kotelon ominaisuudet:

  • Mitat:
    • [ ] L 11 cm
    • [ ] K 10 cm
    • [ ] S 17 cm
  • Kotelon etuseinä
    • [ ] 2 kpl aukkoja lähtöjännitteen (8mm) banaaniliittimien asentamiseksi
    • [ ] aukko sulakepesän (phi 12mm, korvakkeet phi 13mm) asentamiseksi
    • [ ] aukko USB liittimen kytkemiseksi
    • [ ] Aukko DPS ohjauskonsolin (LxK : 72 mm x 40 mm) asentamiseksi
  • Kotelon takaseinä
    • [ ] 2 kpl aukkoja tulojännitteen (8mm) banaaniliittimien asentamiseksi
    • [ ] aukkko 8mm DC-runkoliittimen asentamista varten
    • [ ] aukko virtakytkimen (21mmx30mm) asentamiseksi
    • [ ] tuuletusaukot ja kiinnitysruuvien M3 paikat tuulettiminen asentamiseksi
      • [ ] tuulettimen koko phi 32 mm/40mm/50 mm
  • Kotelon oikea seinä
    • [ ] 2 kpl M3 reikiä USB liitäntäkortin asentamiseksi
  • Kotelon pohja
    • [ ] 4 kpl M3 reikiä piirikortin asentamiseksi
    • [ ] 4 kpl M3 reikiä tassujen asentamiseksi
    • [ ] tuuletusritilät
  • Kotelon katto ja kiinnitys
    • [ ] 4 kpl kotelokorvakkeita, joissa aukot 3.9 peltimutterille
    • [ ] 4 kpl 4 mm reikiä katon kiinnitystä varten

Optiot:

  • puhaltimen asennusta/ohjausta ei ole suunniteltu

Materiaalit

  • Akryyli: paksuus 3mm, Akryylin kulutus: Kotelo n. 0.11m^2 * leikkausvara 110% = n. 0.13m^2, (hankittava itse jos laseroi itse)
  • Kotelon liimaus: Acrfix 116 (rakennussarjan laatikossa)
  • Kytkentäjohto: 2.5 mm2, n. 50 cm, (elehuoneessa)
  • Kytkentäjohto: 1.5 mm2 (DC-runkoliittimen kytkentään) n. 10 cm, (elehuoneessa)
  • Kutistesukkaa, (rullissa käytävän hyllyssä)

Osaluettelo

Versio dps5020-v2

Kohde Kpl Tyyppi Hankinta/tuotekoodi
Kannen kiinnitys 4 Peltim,1-3x3.9,16x11,phi6mm Fixus/670-05000060
Kannen kiinnitys 4 Ruuvi,3.9x16,musta
Tassut 4 Tassu, 12x7mm Partco/KOT G030
Tassut 4 Ruuvi M3x8
Tassut 4 Mutteri M3
Piirikorttien kiinnitys 4 Pultti,M3x6mm,musta,muovi
USB-kortin kiinnitys 2 Korotushylsy, M3x6mm
USB-kortin kiinnitys 2 Ruuvi,M3x6,musta,muovi
USB-kortin kiinnitys 2 Ruuvi,M3x6,musta,muovi(katk 4mm)
Naparuuvi,plus 2 Naparuuvi,pun
Naparuuvi,miinus 2 Naparuuvi,must
Naparuuvien liitos 6 Abiko, haarukka 4.3mm,sin
Piirilevyn liittimet 4 Haarukkaliitin DSP5020 paketissa
Sulakepesä 1
Sulake 1 T (hidas) 5x20mm, Lokerikossa, tiedot wikissä Lokerikot
Virtakytkin 4 Abiko,latta, eristetty, 6.3mm,sin
DC-runkoliitin 1 5.5/2.5mm
Virtakytkin 1 asennusaukko 21x30mm

Ohjeet

  • Materiaalivalinnat
    • Kotelo on suunniteltu 3 mm paksulle akryylille, joka laserleikataan.
    • Kiiltäväpintaisessa akryylissä voi näkyä laserleikkauksen jälkeen värimuutoksia (tai nokea?). Samoin siinä näkyy helposti sormenjäljet. Mattapintainen materiaali saattaa olla näiden suhteen anteeksiantavampi.
  • Kotelon laserointi
    • Kotelon osat ovat dxf-tiedostossa kotelo.dxf, jonka voi tallentaa omalle levylle ja käyttää laserleikkauksessa
    • Kotelon osien sisäreunojen väri turkoosi (cyan) ja ulkoreunojen väri on punainen (red). Näiden värien avulla voi Hacklab:in Autolaser ohjelmassa hallita leikkausjärjestystä: ensin leikataan sisäreunat ja tämän jälkeen ulkoreunat.
      • Vinkki: Autoloser:ssa on mahdollista järjestää värit leikkausjärjestykseen, mutta jossakin tilanteissa järjestyksen vaihto muutti reunaviivojen värejä ja toimiva ratkaisu oli tehdä leikkaus kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä leikkauksessa disabloidaan muut värit paitsi sisäreunojen väri (turkoosi/cyan) ja toisessa leikkauksessa disabloidaan muut värit paitsi ulkoreunojen väri (punainen/red).
    • Kotelo on suunniteltu 3mm paksuiselle akryylillle. Sen leikkauksessa Hacklab laserilla on onnistuneesti käytetty seuraavia parametrejä:
      • Min Ligth 70
      • Max Ligth 90
      • Cut speed 20
    • Laserin peilin likaantuminen voi muuttaa leikkaustehoa, joten varmista testileikkauksella parametrien arvot ennen koko kotelon leikkausta!!

  • Kotelon kasaaminen
  • Kasauksessa voi esiintyä ahtaita hammastuksia laserleikkauksen heittojen johdosta. Poikkeamien pitäisi olla pieniä ja niistä pitäisi selvitä hiomapaperilla.
    • Kotelon voi kasata kahteen asentoon: USB liittimen aukko etuseinässä vasemalla tai oikealla. Kotelon sisäiset johdotukset vähemmän ristissä, kun USB aukko vasemmalla.
    • Levitä peltimutterin (1-3 mm suuaukko) esim. ruuvimeisselillä, jotta sen asennus 3mm akryyliin onnistuu helpommin.
    • USB kortin korotushylsyt 6mm kiinnitetään kotelon sivuseinään, USB-kortti ruuvataan korotushylsyyn katkaistulla (M3x6 --> M3x4) muovipultilla
    • Kotelon johdotus on esitetty kuvassa https://github.com/HelsinkiHacklab/DPS5020/blob/main/pics/kytkenta.jpg?raw=true
    • DPS5020 sisäisessä johdotuksessa liittimet valmiiksi asennettuina ja piirikorteilla selkeät merkinnät kytkennän suorittamisesta.
    • Sulakepesän ja DC-liittimen liitokset juotetaan, muut liitokset Abiko -puristusliittimillä.
    • DC-liittimen juotoskorvat ovat sen verran pienet, että 2.5mm2 kiinnittäminen niihin on hankalaa (ratkaisu käytä 1.5mm2 johtoa)


  • Kotelon liimaus
    • Kotelon liimaukseen sopii Acrfix 116 liima, joka sulattaa (solvent) liimattavat pinnat yhteen ja tekee rakenteesta lujan. Acrfix 116 ei täytä rakoja ja vaatii, että liimattavat pinnat sopivat tarkasti yhteen. Liima on juoksevaa ja tunkeutuu hyvin liitosten rakoihin ja toki samalla liiallisesti annostelutuna pursuaa helposti kotelon raoista näkyviin. Liima on väritön, joten mahdolliset liimaroiskeet ovat huomaamattomia ja tahrojen pyyhkiminen voi vain pahentaa tilannetta.
    • Muutama käytännön vinkki:
      • Acrifix 116 hyvin juoksevaa ja sen annostelua varten pitäisi olla erillinen annostelupipetti, jolla liiman määrää voi säännöstellä. 100g myyntipakkauksen suuttimesta liimaa valuu norona, kun putkilon kääntää suu alaspäin. Parhaiten liimaus onnistuu pitämällä liimaputkiloa ensin pystyasennossa ja asetamalla liimattava kohta liimaputkilon suun päälle ja kääntämällä koko asetelma niin, että liimaa alkaa valua tuubista haluuttuun saumakohtaan, jonka jälkeen tuubin suuta siirretään pitkin liimattavaa saumaa. Lopuksi nostetaan tuubin suu ylös samalla varoen, että liimaa ei tipu (ainakaan näkyville pinnoille).
      • Liimattu kotelo kannattaa asetaa korotuksen päälle, jotta mahdollinen saumoista valuva liima ei liimaa koteloa alustaan kiinni. Korotuksen on hyvä viettää hienoisesti kohti kotelon takareunaa, jolloin mahdolliset liimavalumat eivät ainakaan ohjaudu kotelon etupuolelle näkyviin.
      • Käyttäturvallisuustiedotteen mukaan pitää huolehtia ilmastoinnista ja välttää ihokosketusta ja tietekin välttää liiman pääsyä silmiin.
      • Liima kovettuu nopeasti (initial bond 30-90s, time required for further processing>3h), joten kotelon liitokset kannattaa puristaa kiinnin ennen liimauksen aloittamista. Lopullisen lujutensa liimaus saavuttaa n. vuorokauden kuluessa.
    • Muita vaihtoehtoja liimaukseen:
      • Marketeista saatava pikaliimat ovat usein syanoakrylaatti pohjaisia, jotka tuppaavat jättämään kuivuessaan pinnalle valkoisia kiteitä. Juoksevat syanoakrylaattiliimat saattavat valua kotelon raoista ulos, jolloin kuivumisjäljet tekeävät kotelosta töhryisen näköisen. Geelimäiset liimat puolestaan eivät tunkeudu kotelon saumoihin ja kotelon rungosta ei tule tukeva.
      • Akryylin liimaukseen suositellaan myös Acrifix 192 liimaa, mutta sen toimivuutta ei tässä yhteydessä testattu

Kotelon versiot

  1. dps5020_v2:
    • Lisätty DC-liitin
    • Virtakytkimen aukko 21x30 (ennen 13x19mm)

Mittaukset

Lämpötilatestit

Testien perusteella n. 200W kuorma ei aiheuta liiallista lämpenemistä kotelon sisällä. Näillä kuormilla lisätuuletinta ei arvioida tarpeelliseksi. Suuremmilla kuormilla lisätuuletusta suositellaan.

Lisätuulettimelle tehty paikka kotelon takaseinälle, mutta kotelo ei sisällä tuulettimen sähkönsyöttöä eikä ohjauselektroniikkaa.

Häviöt ovat yleensä suuremmat mitä isompi jännite-ero on tulon ja lähdön välillä.

Kannen lämpötilat ja ympäristön lämpötila (pöydän lämpötila) mitattiin Helsinki Hacklab:in FLIR lämpökameralla.

Sisälämpötilat mitattiin lämpötilamittarilla, jossa on n. +2 asteen systemaattinen virhe, jota ei ole korjattu pois mittausarvoista.

Lämpötilojen absoluuttiarvot eivät ole merkitseviä vaan pikemminkin lämpötilamuutokset.

Testi 1

Syöttö 31.8V 2.1A

Kuorma 22.6V 2.9A

Ympäristön lämpötila 25.9C

Aika Kannen lämpötila
00:00 26.5
00:20 27.2
00:30 28.7
00:45 29.2
01:00 30.1
01:20 30.1

Testi 2

Jatkettu testiä pienentämällä jännitettä mutta nostamalla kuormaa

Syöttö 31.8V 3.1A

Kuorma 17.5V 5.2A

Ympäristön lämpötila 25.9C

Aika Kannen lämpötila
00:00 31.0
00:20 31.3
00:40 31.7
00:50 32.1
01:20 32.8
01:30 33.0


Testi 3

Syöttö 50.1V 3.22A

Kuorma 25.0V 6.33A

Ympäristön lämpötila 25.4C

Aika Kannen lämpötila Sisälämpötila
00:00 25.6 27.5
00:30 32.2 38.5
00:55 33.7 40.2
01:55 34.8 41.5

Testi 4

Syöttö 50.1V 3.2A

Kuorma 25.0V 6.34A 158.5W

Ympäristön lämpötila 24.0C

Aika Kannen lämpötila Sisälämpötila
00:00 24.5 26.1
00:10 27.5 30.2

Tehon nosto 00:10-00:15 --> 50V 3.86A in , 28V 6.77A, 189.6W Out

Aika Kannen lämpötila Sisälämpötila
00:15 29.2 33.4
00:25 31.6 37.1
00:50 33.4 40.0
01:25 34.5 41.2
01:55 24.4 41.9

Testi 5

Syöttö 60.1V 3.77A

Kuorma 31.0V 7.16A 220.9W

Ympäristön lämpötila 24.5C

Aika Kannen lämpötila Sisälämpötila
00:00 24.9 26.8
00:05 26.5 38.2
00:25 33.3 40.0

Syöttävän teholähteen maksimivirtarajoitus pudotti syöttöjännitteen ja virran alas ilmeisesti teholähteen lämpöryömimisen myötä. Lähtöjännitteen nosto takaisin 31 V:iin ei enää onnistunut, vaan syöttöjännite putosi takaisin alas n. 30.5 V kohdalla.

Kuorma pudotettiin 30.0V 7.04A 211.0W:iin.


Aika Kannen lämpötila Sisälämpötila
00:45 36.0 43.2
01:00 36.2 43.7
01:25 37.0 44.8
02:00 37.8 45.7
02:40 37.1 45.6

Lähdön häiriömittaukset

Häiriömittaukset voivat olla hyvin epätarkat, koska mitattu oskillosskoopilla tavallisella probella. Probe vastaanottaa helposti elektomagneettista kytkentää dc/dc muuntimen värähtelytaajuuksista. Esitetyt mittausarvot voivat siten olla todellisia suurempia.

Testi 1

Syöttö 32V

Lähtö 14V, 5A

Resistiivinen kuorma (auton 12V h4-polttimo)


Laite käyttää itse tällä kuormalla 50mV säätöväliä (kolmioaalto) ja n. 300 kHz taajuutta.

Lisäksi sillä on n. 100 mV pp 10MHz piikki n. 1us ajan fetin päällekytkennän jälkeen.

Poiskytkennässä piikki on n. 30 mV pp 20MHz n. 0.5 us ajan.


Testi 2

Syöttö 30V

Lähtö 27.5V, 3.3A

Resistiivinen kuorma (auton 24V/100W h1-polttimo)

Laite käyttää itse 20mV säätöväliä (kolmioaalto) ja n. 440 kHz taajuutta.

Lisäksi sillä on n. 80 mV pp 10MHz piikki n. 1us ajan fetin päällekytkennän jälkeen.

Poiskytkennässä piikki on n. 20 mV pp 15MHz n. 0.4 us ajan.


Testi 3

Syöttö 60V

Lähtö 30V, 7.04A

Resistiivinen kuorma ( 2 kpl auton 24V/100W h1-polttimo)

Laite käyttää itse 100mV säätöväliä (kolmioaalto) ja n. 73.4 kHz taajuutta.

Lisäksi sillä on n. 60 mV pp 9MHz n. 1 us ajan fetin päällekytkennän jälkeen.

Poiskytkennässä piikki n. 120 mV pp 14MHz n. 0.7us ajan.

TODO

Lisätuulettimen sähkönsyöttö ja ohjaus (oma projektinsa)

Virtalähteiden hankinta (etupäässä Kiinasta), jos kiinnostusta ilmaantuu.