Система управления двигателями была установлена финскими специалистами у заказчика в конце 1990-х годов. С течением времени стало очевидно, что системе, пережившей столь долгий срок, требуется замена. Однако замена системы управления влечет за собой необходимость менять и сами приводы, редукторы, вентиляторы охлаждения и множество других компонентов. Как всегда, «денег нет, но вы держитесь».
С каждым годом на предприятии увеличивалось количество простоев из-за устаревших плат, и основной причиной стали платы питания с нестабильным выходным напряжением. Это периодически приводило к зависанию или перезагрузке микроконтроллеров. В идеале можно было бы просто заменить блок питания на более современный аналог, но одна особенность платы питания — мощный генератор, выдающий меандр 42 В с частотой 100 кГц при нагрузке до 2 А — усложняла задачу.
Анализ системы
От этой громоздкой платы запитывались не сами двигатели постоянного тока (что можно судить по ее размерам), а лишь плата управления (привет Радио РК86 и Синклер) и некая «плата связи», на которую поступает сигнал 100 кГц с напряжением 42 В.
Лет десять назад, когда данная проблема уже существовала, ее пыталась решить одна коммерческая фирма. Они старались перепроектировать схемотехнику, немного улучшив её, добавив дополнительные емкости, но, похоже, чего-то всё же не учли. Их платы также периодически перегружали контроллеры, что продолжало вызывать простои оборудования.
Папки с их проектами под названиями: «Схема №5 улучшенная», «Схема №7 с дополнительными электролитами», «Схема №9 (диод + RC-цепочка)» свидетельствовали о том, что у настоящих самураев нет конечной цели, а есть только путь.
Решение
На дворе стоял прогрессивный 2024 год, и большинство зарядных устройств с AliExpress уже гордо носили надпись GaN. Вместо того чтобы продолжать работы с исходной схемой и её улучшениями, было решено взять готовые промышленные решения от MeanWell, добавив в выходные каскады больше электролитов. (Ну а что, аудиофилам можно, а нам нет?)
Экспериментальный образец был собран на печатной раме, чтобы соответствовать исходному форм-фактору.
Оставалось только разобраться с генератором 100 кГц, 42 В, 2 А.
С этим компонентом пришлось повозиться. Сначала были попытки обойтись без выходного трансформатора и построить полумостовую (а в дальнейшем и полноценную) схему. Однако вся проблема заключалась в полной неопределенности нагрузки. В результате первая схема нормально не заработала, а во второй сгорел выходной ключ.
После этого эксперименты с генератором прекратили, и было решено использовать схему «пуш-пулл» выходной части (MOSFET, автотрансформатор и снаббер) из оригинальной схемы. Все остальные элементы были реализованы на замечательной микросхеме IR21531D, которая содержит два драйвера MOSFET, автогенератор и не требует отдельного питания.
Опытный образец успешно заработал и был сразу же запущен в работу, обеспечивая вполне стабильный меандр под нагрузкой.
Разработка финальной партии
А мы приступили к созданию финальной платы изделия на текстолите 2 мм.
В прототипе мы использовали автотрансформатор с донорской исходной платы, а в финальной партии изготовили этот элемент самостоятельно.
Как выяснилось, все выходные параметры, предоставленные нам заказчиком, оказались значительно завышенными. Мы узнали об этом случайно, найдя чисто случайно в интернете финскую документацию на эту систему с реальными выходными характеристиками.
Выводы
Замена финских плат прошла на 100%. Изготовленные платы имели в три раза больший запас по выходному току, в 10-15 раз выше стабильность выходного напряжения и в 10 раз меньшие пульсации. Это позволяло использовать менее мощные компоненты, что привело бы к экономии 5-10%. Плату можно было использовать для питания двух процессорных модулей, если такая необходимость возникнет.
Кроме того, плата оказалась очень ремонтопригодной, и любой студент смог бы перепаять блок MeanWell в случае необходимости.
P.S. Недавно мы посетили объект и с удовлетворением отметили, что все финские платы были заменены, а наши новые платы успешно работают на благо российской промышленности.
