Доработка схемы управления охлаждением инвертора DATOUBOSS DT-1218M

Гибридный солнечный инвертор DATOUBOSS DT-1218M (1800 Вт, 12 В) имеет узел управления оборотами двух вентиляторов охлаждения 60×60×25 мм.
На холодном старте вентиляторы стартуют на минимальном напряжении (у меня 3.65 В), что по логике производителя, должны были обеспечивать практически бесшумную минимальную вентиляцию в корпусе на малой нагрузке. Однако что-то пошло не по плану…

С самого начала этот инвертор раздражал постоянным подвывающим звуком от вентиляторов охлаждения. Звук, как будто вентиляторы ускоряются и тут же сбрасывают обороты выводил из себя. В YouTube в обзорах, авторы не говорят об этом. Возможно, не замечают, однако в комментариях есть жалобы.
Первое, что пришло на ум, как и большинству комментаторов-подкинуть электролитический конденсатор параллельно вентиляторам. И это в некотором роде смягчает эффект, однако он не уходит полностью. Пришлось разбираться со схемой, и вот что из этого вышло.
В штатном виде этот узел работает так: на минимальных оборотах напряжение около 3.65В, а на полном прогреве — 13.7 В, что хоть и не смертельно, для вентиляторов, но тоже не выглядит продуманным инженерным решением.
Разбор схемы и поиск оптимального решения занял несколько вечеров с осциллографом, мультиметром, паяльником и AI помощником Claude, который очень помог мне с анализом схемы, расчетом номиналов.

Техническая часть текста, с объяснением режимов работы, формулами сгенерирована ИИ

Как устроен штатный узел управления:
Понижающий преобразователь на микросхеме CX8843 (U17, Shenzhen CXW Technology, 40 В / 3.1 А, 135 кГц) питается от шины +15 В и выдаёт регулируемое напряжение на вентиляторы. Дроссель L5 22 мкГн, токовый шунт — два резистора R242 и R243 по 0.05 Ω параллельно (0.025 Ω), выходная ёмкость — два электролита по 100 мкФ х 25 В.
Выходное напряжение задаёт делитель обратной связи: верхнее плечо R244 10кОм + R245 2.7кОм последовательно (12.7к суммарно), нижнее — R246 1 кОм.
Микроконтроллер меняет обороты, подмешивая дополнительный ток в узел обратной связи. Сигнал ШИМ 2 кГц через R194 470 Ом управляет оптроном PC817 (U23), тот работает ключом на узел эмиттера, дальше RC-фильтр R241 2.2кОм + C174 и диод D50 1N4148WS в точку Vfb. Резистор R240 3кОм разряжает узел эмиттера при закрытом оптроне. Чем больше подмешанный ток, тем ниже напряжение на вентиляторах.
Важная деталь полярности: светодиод оптрона включён анодом на VCC_MCU, а катодом через R194 к управляющей ножке микроконтроллера. Значит оптрон проводит при низком уровне ШИМ, и скважность в формулах ниже — это доля времени, когда оптрон открыт, а не доля высокого уровня сигнала.
Документация на CX8843 в открытых источниках почти отсутствует, но даташит нашёлся в архивах LCSC. Ключевые параметры: опорное напряжение Vfb = 1.0 В, порог OVP = 1.3 В, защита от КЗ при Vout < 2.4 В, порог токовой петли 98 мВ на шунте.

Ошибки и спорные моменты от разработчика:

1. Фильтр ШИМ меньше нужного в тридцать раз
C174 = 100 нФ при R241 = 2.2 кОм даёт постоянную времени 220 мкс против периода ШИМ 500 мкс. Сглаживания практически нет, и в узел обратной связи летят импульсы вместо ровного уровня.
Осциллограмма на Vfb это подтверждает: пила 2 кГц размахом ~0.5 В со средним 1.20 В. Минимумы пилы касаются 1.0 В — только в эти моменты микросхема и начинает коммутировать. На выводе SW видны пачки импульсов с частотой повторения 2 кГц, внутри пачки нормальная коммутация 145 кГц.
Кстати, из-за этой пилы измерение Vfb мультиметром даёт 1.2 В, что поначалу сбило с толку и при отсутствии Datasheet на микросхему заставляло думать, будто опора микросхемы равна 1.2 В
Этот пакетный режим работы микросхемы и есть главная причина нестабильной работы кулеров
2. Делитель посчитан под спорные напряжения выхода
При опоре 1.0 В делитель 12.7 к / 1 к даёт 1.0 × (1 + 12.7) = 13.7 В.
Как говорится, на любителя.
Прирост воздушного потока при таком повышении не более 10%, а учитывая сопротивление металлической сетки на корпусе, и фильтры на входе и того меньше.
Имеет ли смысл так завышать — дело как говорится хозяйское. Я для себя решил, что мне спокойнее будет, если на вентиляторах будут штатные 12В. Гонять в запредельных режимах этот инвертер я не планирую, по крайней мере без радикальных доработок системы вентиляции.

3. Минимум слишком низкий
На холодном старте выход падает до 3.65 В. При таком напряжении вентиляторы запускаются, но напряжение слишком близко к минимально допустимому.
А когда я заглянул тепловизором – увидел дроссель, который даже на холостом ходу постоянно и очень неслабо греется, и решил, что минимальные обороты также лучше немного поднять.

Расчётная модель от ИИ (много букв, можно не читать):

Дополнительная информация

После устранения пилы схема описывается замкнутыми формулами. В режиме стабилизации Vfb = 1.0 В.
Диод открывается только когда напряжение на его аноде превысит 1.0 В плюс падение на переходе (реально измерено 0.51 В при токе 0.7 мА, а не типовые 0.6 В). Порог по скважности:
D_порог = 1.51·R241 / (4.95·R241 + 3.44·R240)
Дальше эквивалентный источник со стороны оптрона и результат:
Rs = R241·(R241+R240) / (R241 + D·R240)
Vs = 4.95·D·(R241+R240) / (R241 + D·R240)
I_инж = (Vs − 1.51) / (Rs + Rx) [если Vs < 1.51 — диод закрыт, I = 0]
Vout = 1.0·(1 + (R244+R245)/R246) − (R244+R245)·I_инж
Величины в мА, В, кОм. Крутизна регулирования — около 12 В на миллиампер подмешанного тока, весь рабочий диапазон умещается в окно 0…1 мА.
Важно: эти формулы справедливы только после увеличения C174. При штатных 100 нФ диод работает в прерывистом режиме, открываясь импульсами, и модель непрерывной проводимости к исходной схеме неприменима.
Ограничение: при токе подмешивания, равном 1.0 В / R246 = 1 мА, петля теряет управление и выход валится в защиту. Минимум нельзя ставить слишком низко — рабочая точка окажется у границы, а прошивку вы не контролируете.
Восстановленный из двух измерений рабочий диапазон прошивки на этом экземпляре: скважность 0.167 при аварийном перегреве и 0.76 на холодном старте.
Ловушка: большой C174 просаживает петлю
Первый вариант доработки был очевидным — увеличить C174 до 4.7 мкФ, подправить делитель (R245 = 1 к) и уменьшить подмешивание, увеличив R241 с 2.2 до 3.9 к. Пачки исчезли, Vfb встал на 1.0 В, диапазон получился 5.16…12.0 В. Но на выходе появилась новая модуляция около 425 Гц размахом 2.2 В.
Причина неочевидная. Открытый диод имеет дифференциальное сопротивление порядка 80 Ω при токе 0.6 мА. Его катод сидит прямо на Vfb, анод — на конденсаторе C174, у которого на 425 Гц импеданс тоже около 80 Ω. Итого от узла обратной связи на землю появился путь сопротивлением около 160 Ω по переменному току.
По постоянному току делитель даёт коэффициент 1/12. По переменному нижнее плечо превращается в 1 к ‖ 160 Ω = 137 Ω, и коэффициент падает до 0.012 — усиление петли просело в семь раз, то есть 17 дБ запаса потеряно. Петля начала «охотиться».
При штатных 100 нФ этого эффекта не было: импеданс конденсатора на 425 Гц составлял 3.7 к, и ослабление было всего 1.34 раза. Проблему создало само увеличение ёмкости.
Решение — разнести сопротивление по обе стороны диода. R241 уменьшается, а между катодом D50 и узлом Vfb врезается новый резистор Rx. Фильтрация ШИМ остаётся до диода, развязка по переменному току появляется после него. Переменное сопротивление пути от Vfb на землю становится Rx плюс 80 Ω, ослабление возвращается к 1.3, а рабочая точка по постоянному току сохраняется.
Побочный эффект приятный: Rx ограничивает максимальное подмешивание. Даже при скважности 100 % ток не достигает критического миллиампера, и схема не может свалиться в защиту ни при какой прошивке. Без Rx запас до срыва составлял всего 6 %.
Побочный эффект неприятный: уменьшение R241 сдвигает порог открывания диода вниз. В нашем случае при переходе R241 с 3.9 к на 1.2 к порог ушёл с 0.20 до 0.11, а прошивка на прогреве выдаёт 0.167 — то есть диод, который раньше на максимальном прогреве закрывался полностью и не мешал делителю, теперь начал подмешивать и съел 0.9 В максимума. Компенсируется подстройкой R245

Итоговая доработка

Rx встаёт в разрыв дорожки между катодом D50 и узлом Vfb. Внимательно: C175 должен остаться подключённым к Vfb, а не уехать на сторону диода — иначе пропадёт фильтрация узла обратной связи.
C174 — 0805 керамика X5R или X7R, 4.7 мкФ, напряжение от 25 В
Резисторы типоразмера 0603, хотя встают и 0805. Допуск желательно 1 %:, так как крутизна составляет около 2 В на килоом Rx, поэтому пятипроцентный разброс даёт ±0.4 В по минимуму.

Замены делаются одновременно. Один C174 в отдельности недопустим: после устранения пилы Vfb садится на честную 1.0 В, подмешанного тока при старом R241 оказывается больше пропускной способности R246, выход уходит в нуль и срабатывает защита. Вентиляторы просто встанут.
Результат:

Завывания ушли. Вентиляторы стартуют уверенно, работают в паспортном диапазоне.
Отдельный любопытный момент. При старте, на моменте загрузке прошивки, пока ШИМ ещё не запущен, вывод микроконтроллера сидит в низком уровне, а оптрон открывается именно низким — то есть скважность фактически 100 %, подмешивание максимальное, и на вентиляторах всего 3 В. Они все же стартуют, пока контроллер не запустится. Значит, опасения, что до старта ШИМ вентиляторы получат полное напряжение делителя, беспредметны: на этой прошивке высокого напряжения не бывает ни в каком режиме. На вашем экземпляре полярность стоит проверить.
И предупреждение напоследок: не уменьшайте R240. Им тоже можно сдвинуть порог открывания диода, но этот резистор задаёт ток, который должен вытянуть фототранзистор оптрона. При 3 к требуется CTR около 31 % при паспортном минимуме 50 % для PC817, то есть запас есть. При 1.5 к потребуется уже 51 %, и схема начнёт зависеть от конкретного оптрона и его старения.

Также, если кому-то захочется, можно добавить в систему еще один термодатчик.

На плате есть свободное место под коннектор термодатчика NTC, рядом на плате запаян резистор R76 15кОм,
В таком виде, резистор является заглушкой, которая выдает в меню постоянную температуру.
Если его удалить, без термодатчика система упадет в ошибку, так как увидит аномальные значения. Я запаял разъём, удалил резистор. Приобрел на AliExpress “NTC 15K датчик для кондиционера”
Теперь его можно использовать, либо для мониторинга температуры внутри корпуса, так как остальные 2 датчика прикручены к радиаторам, либо найти какое-нибудь горячее место, где хотелось бы иметь мониторинг температуры. Показания с этого канала также влияют на обороты системы охлаждения.
*Доработка выполнена на конкретном экземпляре. Номиналы на вашей плате могут отличаться — перед пайкой снимите осциллограмму на Vfb, аноде D50 и выводе SW, измерьте фактическую ёмкость C174. Внутри инвертора присутствует высокое напряжение: все измерения при работающем устройстве выполняйте с соблюдением мер электробезопасности.
Автор не несет ответственности за любые неисправности, вызванные вашим вмешательством в схему. Делайте доработки, только если имеете необходимый опыт.