Przetwornica DC-DC, czyli jak to czasem bywa.

Dziś napiszę nie tylko o produkcie, który testowałem, ale też o tym, jak czasem bywa: planujesz jedno, a wychodzi z tego coś zupełnie innego.
W każdym razie, jeśli kogoś to interesuje, zapraszam do dalszej części.

Niedawno kolega ksiman opublikował recenzję „połówki” tego przetwornika — tej samej płytki, ale bez układu wyświetlania. Dlatego te recenzje częściowo się uzupełniają.
W komentarzach wspomniałem, że również planuję opisać tę płytkę. W tamtej recenzji napisano, że wszystko skończyło się niezbyt dobrze (a właściwie całkiem źle). U mnie też nie wszystko szło gładko, choć finał był lepszy. Ale o tym trochę później, a na razie przejdę do recenzji mojej wersji tej przetwornicy DC-DC.

W każdym razie zobaczyłem taką małą przetwornicę DC-DC i chciałem sprawdzić, co potrafi. Zamówiłem ją do recenzji, po pewnym czasie dotarła, ale jakoś nie miałem kiedy się nią zająć, więc na razie odłożyłem ją na bok.

Po pewnym czasie w końcu znalazłem chwilę, zrobiłem trochę zdjęć, obejrzałem ją i pomacałem.
Przyszła w małej, zgrzewanej torebce.


Sama przetwornica jest niewielka, mniejsza od pudełka zapałek.
Producent podaje następujące parametry:
Napięcie wejściowe: 5 V–30 V
Napięcie wyjściowe: 0,8 V–29 V
Prąd wyjściowy: maksymalnie 5 A (przy prądzie powyżej 3 A wymagany radiator)
Sprawność: 95% (maksymalnie)
Częstotliwość przełączania: 300 kHz
Tętnienia napięcia wyjściowego: 50 mV (maksymalnie)
Temperatura pracy: od -40℃ do +85℃
Wymiary: 51 x 26,3 x 114


Po bokach znajdują się złącza do podłączenia zasilacza i obciążenia.
Wykonanie jest staranne, nie mam tu nic do zarzucenia.


Na górze znajdują się dwa potencjometry montażowe: jeden reguluje prąd, a drugi napięcie.
Prąd można regulować w zakresie 0,06–5,5 A.
Napięcie — w zakresie 0,82–30 V.
Obok potencjometrów montażowych znajduje się też czerwona dioda sygnalizująca przejście w tryb stabilizacji prądu.


Spód płytki jest właściwie „goły”; znajduje się na nim tylko bocznik w postaci rezystora o rezystancji 50 mΩ.
Od razu dodam, że w urządzeniach tego typu, w których ciepło z układu scalonego jest odprowadzane na płytkę, dla lepszego przekazywania ciepła zwykle wykonuje się wiele metalizowanych przelotek łączących obie strony płytki. Tutaj, niestety, ich zabrakło. Dlatego montaż radiatora od spodu nie będzie skuteczny.


Jak pisałem wyżej, przetwornica składa się z dwóch płytek. Sama przetwornica DC-DC nie różni się od tej opisanej w przywołanej wcześniej recenzji. Różnica między tymi dwiema wersjami polega na tym, że do mojej dołączono płytkę wyświetlacza.
Jest ona podłączona za pomocą tulejek dystansowych.
Dwa lewe styki to wejście płytki przetwornicy, a dwa prawe — jej wyjście.
Takie połączenie pozwala kontrolować napięcie wyjściowe i mierzyć płynący prąd.
Całość jest bardzo wygodna i prosta.


Przetwornicę zbudowano na kontrolerze PWM XL4005E1. Jest to kontroler PWM przeznaczony do pracy z prądem wyjściowym do 5 A i napięciem wejściowym do 32 V.
Z karty katalogowej wynika, że to całkiem niezły układ, ale praktyka pokazała, że jest dość „delikatny”.
Warto też zwrócić uwagę na diodę SK86. Z karty katalogowej wynika, że jej maksymalny prąd wynosi 8 A. Szczerze mówiąc, nie rozumiem, jak może rozpraszać moc wydzielającą się przy takim prądzie.
W każdym razie producent zastosował dość mocną diodę — często montuje się coś gorszego.


Na tym zdjęciu widać część odpowiedzialną za regulację ograniczenia prądu i sygnalizację zakończenia ładowania (po prawej widać dwie małe diody LED).



U góry znajdują się dwa wskaźniki.
Górny, niebieski, pokazuje napięcie wyjściowe: do 10 V w formacie 1.23, powyżej 10 V — 23.4. Ostatnia cyfra wyświetla symbol — V
Dolny wskaźnik, czerwony, pokazuje prąd wyjściowy w formacie 1.23, a ostatnia cyfra wyświetla symbol — A.
Po lewej znajduje się złącze RX-TX. To był jeden z powodów, dla których zamówiłem tę płytkę — chciałem spróbować podłączyć ją do komputera, ale niestety nic z tego nie wyszło :(
Do czego służy prawe złącze, zupełnie nie wiem.


Płytka jest wykonana, powiedzmy, na trójkę. Niby jest w porządku, ale wyraźnie widać pewną niedbałość.


Na płytce zamontowano:
Mikrokontroler 8s003f3p6
Rejestr przesuwny 74hc164 do sterowania wyświetlaczem
Prawdopodobnie wzmacniacz operacyjny sgm8592y
Stabilizator napięcia 7130H


A teraz mały szczegół. To druga płytka — pierwsza poległa śmiercią bohaterów podczas testów i przygotowywania recenzji. Nie potrafię dokładnie powiedzieć, co ją uszkodziło, ale wyglądało to tak: napięcie wejściowe wynosiło około 28-29 V, do wyjścia podłączony był rezystor 10 Ω, płynnie zwiększałem napięcie na rezystorze za pomocą potencjometru montażowego na płytce, po czym rozległ się cichy trzask i na wyjściu pojawiło się napięcie wejściowe — przebicie tranzystora mocy.
Może to wada fabryczna, może jakieś tętnienia albo coś innego, ale nie radziłbym mocno podnosić napięcia wejściowego, mimo że w nocie katalogowej podano 32 V, a maksymalnie 35 V.
Lepiej ograniczyć je do 25-27 V.
Po tym zamówiłem drugą płytkę, bo przygotowania do recenzji były już dość zaawansowane.

Przy pierwszym uruchomieniu płytka jest ustawiona na napięcie wyjściowe około 5 V. Prąd wynosi około 1 A.
Na zdjęciu płytka jest podłączona do zasilacza 24 V z mojej niedawnej recenzji.
Jeśli przekręcić potencjometr montażowy regulacji napięcia do oporu, napięcie wyjściowe bez obciążenia będzie równe napięciu wejściowemu.


Chyba nie ma już o czym pisać w kwestii samej płytki, przejdę więc do testów.
W testach wezmą udział:
Opisywana płytka.
Zasilacz 24 V.
Bezdotykowy termometr
Oscyloskop
Elektroniczne obciążenie
Długopis i kartka :)


Metodyka testów była następująca:
Mierzyłem temperaturę i tętnienia napięcia wyjściowego przy ustawionych napięciach 5-10-15-20 V. Dla każdego napięcia ustawiałem prąd obciążenia 1-2-3 A.
Najpierw mierzyłem parametry przy 5 V i prądzie 1-2-3 A, w odstępach 10 minut. Potem płytka stygła do temperatury pokojowej i cykl się powtarzał, ale już przy kolejnym napięciu. Łącznie wykonałem 12 pomiarów.
Dodatkowym utrudnieniem było dynamiczne wskazanie — musiałem zrobić mnóstwo zdjęć, żeby później wybrać takie, na którym widać jak najwięcej cyfr wyświetlacza. Wskazanie ma zresztą dość niską częstotliwość przełączania cyfr, więc migotanie jest niewielkie, ale zauważalne.
Pierwszy pomiar bez obciążenia — tętnienia praktycznie nie występują.
Dzielnik sondy oscyloskopowej jest ustawiony w pozycji 1:1.





Cały cykl testów trwał około 3.5 godziny.
Uzyskane temperatury:
Monitorowałem temperaturę sterownika PWM, diody, dławika i kondensatora wyjściowego.
Podczas testów postanowiłem sprawdzić układ przy 3 A, tak jak podano na stronie sklepu. Pomyślałem, że jak spalę, to spalę — będę miał kilka takich na zapas. Eksperyment pokazał jednak, że przetwornica dała radę, a układ scalony nie przeszedł w tryb zabezpieczenia. Maksymalna temperatura sterownika PWM wyniosła 110.2 stopnia.



Podsumowując:
Zalety.
Starannie wykonana, może nie idealnie, ale całkiem dobrze.
Przetwornica przeszła test przy prądzie do 3 A, choć mocno się nagrzewała.
Dokładność pomiaru prądu i napięcia jest całkiem niezła, nie mam większych zastrzeżeń.
Niski poziom tętnień — maksymalnie zarejestrowałem około 60 mV przy częstotliwości pracy 300 kHz.
Kompaktowa konstrukcja.

Wady.
Mocno się nagrzewa przy prądzie powyżej 2–2,5 A.
Trzeba uważać, żeby nie przekroczyć napięcia wejściowego, albo zamontować na wejściu diodę TVS.
Dławik nawinięty cienkim drutem.

Moim zdaniem można jej spokojnie używać przy prądzie do 2 A. Trochę rozczarowało mnie to, że nie udało mi się rozgryźć sygnałów RF/TX. Przetwornicę można dość łatwo ulepszyć: przewinąć dławik grubszym drutem, zmniejszając liczbę zwojów około 1,5 raza, albo wymienić go na mocniejszy (to lepsze rozwiązanie). Wymienić diodę na mocniejszą, a najlepiej także przenieść ją choćby na spód płytki — poprawi to warunki termiczne pracy.
Deklarowana sprawność 95% jest raczej nieosiągalna, ale myślę, że rzeczywista jest gdzieś w pobliżu, z dużym zastrzeżeniem: tylko w określonych warunkach pracy. Przy prądzie 3 A na płytce wydzielało się około 4 W ciepła (w przybliżeniu), co oznacza bardzo niską sprawność przy napięciu wyjściowym 5 V. Wraz ze wzrostem napięcia wyjściowego sprawność stopniowo rośnie, choć w przetwornicy obniżającej nie powinna aż tak mocno zależeć od napięcia.
Podsumowując: wydałem pieniądze na części, mnóstwo czasu na złożenie płytki zasilacza i montaż całości, a w rezultacie dostałem zasilacz o parametrach:
Napięcie wyjściowe — 0,85–24 V.
Prąd wyjściowy — 0,06–2,25 A.
Niewiele, ale da się z tym żyć. Po prostu zasilacz nie musiał mieć aż tak dużej mocy.

Mam nadzieję, że podane przeze mnie informacje okazały się przydatne.

Produkt udostępnił sklep na potrzeby recenzji.