Przetwornica napięcia o prądzie wyjściowym do 25 A i mocy 600 W

Niedawno jeden z moich stałych czytelników podarował mi całkiem interesującą przetwornicę, za co oczywiście bardzo mu dziękuję. To było niespodziewane :) A ja, jak to zwykle bywa, postanowiłem zrobić jej recenzję.

Przypominam: żeby być na bieżąco z nowymi wpisami na blogu, polecam obserwować mój Instagram, gdzie będę publikować powiadomienia o wszystkich nowych wpisach, a być może także pisać po prostu o czymś ciekawym — link do konta

Można też subskrybować aktualizacje i nowe artykuły na kanale Telegram — https://t.me/KirichBlog

Opakowanie: koperta i woreczek antystatyczny.


W środku jest przetwornica i, szczerze mówiąc, pierwsza myśl, jaka przyszła mi do głowy, to: jaka ona mała. No, sądząc po parametrach, nie powinna być duża, ale na zdjęciu w sklepie wygląda na trochę większą, co zresztą jest typowe dla AliExpress.


Wykonanie jest staranne, a biorąc pod uwagę cenę, moim zdaniem wręcz świetne. Chłodzenie jest aktywne i zaprojektowane tak, że wentylator chłodzi nie tylko radiator, ale też dławik. Sam wentylator jest bardzo cichy.
Z jednej strony płytki znajdują się zaciski wejściowe, z drugiej — wyjściowe. Obok zacisków wyjściowych jest potencjometr do regulacji napięcia wyjściowego.
Przy okazji, w tytule oferty podano: DC-DC CC CV Buck Converter. Tryb CC (ograniczenie prądu wyjściowego) nie jest tu regulowany, niestety, dlatego jest tylko jeden potencjometr.



Na stronie produktu jest coś w rodzaju instrukcji, ale w zasadzie wszystko jest tu intuicyjne.


1. Na wejściu są trzy kondensatory 100 µF, 100 V.
2, 3. Zastosowano prostownik synchroniczny, dlatego zamiast diody na wyjściu jest tranzystor. Oba tranzystory są identyczne i ewidentnie używane — MDP1991, 100 V, 120 A, 5,9 mΩ.
Kondensatorów wyjściowych też są trzy, ale mają po 330 µF i 63 V. Niestety brakuje wyjściowego filtra LC, choć nic nie stało na przeszkodzie, żeby go zastosować.
4. Wentylator na 12 V, ale zaczyna pracować przy około 3,5–4 V. Wymiary: 30 × 30 × 10.


Niestety oznaczenia wszystkich układów scalonych zostały starte. Przypuszczam, że na dole po lewej jest pomocnicza przetwornica DC-DC oparta na jakimś chińskim układzie XLххх, a sterownik PWM to być może TL494, ale nie będę tego przesądzać. Na dole po prawej może być sterownik tranzystorów, ponieważ sprzężenie zwrotne prądowe trafia bezpośrednio do sterownika PWM, a oba tranzystory mocy są typu N. Nie rozumiem tylko, po co obok sterownika są tranzystory, prawdopodobnie połączone w układ przyspieszający wyłączanie tranzystorów polowych (tranzystor, dioda i para rezystorów). Na płytce są dwa identyczne zestawy, więc jestem tego prawie pewien.


Od spodu pusto.


Wymiary są podane na stronie produktu, więc po prostu je powtórzę.


Pierwsze uruchomienie. Początkowo przetwornica była ustawiona na napięcie wyjściowe 18 V.


Pełny zakres regulacji przy napięciu wejściowym 61 V wynosi 2,5–52 V, podczas gdy w opisie deklarowany jest zakres regulacji 5–48 V przy napięciu wejściowym 12–75 V.


1. Jak pisałem, przetwornica startuje przy około 4 V. Przy tym napięciu zaczyna się też obracać wentylator, a napięcie na wyjściu wynosi około 0,5 V.
2, 3. Przy ustawionym napięciu wyjściowym 12 V i napięciu wejściowym 12 V uzyskałem na wyjściu około 10,3 V bez obciążenia.
4, 5. Jeśli podniesiemy napięcie wejściowe do 14 V, na wyjściu otrzymamy ustawione 12 V, ale przy obciążeniu zapas musi być oczywiście większy.
6–9. Pobór prądu przy różnych napięciach wejściowych.


Na tym etapie zaciekawiło mnie, jaka może być minimalna różnica między napięciem wejściowym a wyjściowym.
Okazało się, że jeśli przekręcić potencjometr do oporu w prawo, różnica wynosi 9 V. Na zdjęciu widać, że przy obniżaniu napięcia wejściowego napięcie wyjściowe również spada.
Moim zdaniem ta różnica jest trochę za duża.


Przypomniałem sobie, że deklarowane napięcie wyjściowe wynosi do 48 V, więc ustawiłem je i powtórzyłem eksperyment. Okazało się, że bez obciążenia na wyjściu uzyskamy 48 V, jeśli napięcie wejściowe wynosi co najmniej 56 V, czyli różnica to 8 V. W miarę obniżania napięcia wyjściowego zmniejsza się jednak również różnica między napięciem wejściowym a wyjściowym. Jeśli więc ustawimy na wyjściu 24 V, napięcie to będzie utrzymywane przy napięciu wejściowym wynoszącym co najmniej 28 V, a po obniżeniu go do 27 V napięcie wyjściowe spadnie do 23,2 V.

Myślę, że ustawiono tu zbyt długi czas martwy, przez co znacznie zmniejsza się też zapas napięcia wejściowego. Nie jest to szczególnie krytyczne, ale w niektórych sytuacjach może przeszkadzać. I to bez obciążenia; podczas pracy pod obciążeniem różnica powinna być większa o około 2-3 V.
Poza tym już z samych parametrów widać, że pozostawiono spory zapas: 12 V-75 V to 5-48 V.



Potem przyszła kolej na różne testy. Nie było ich zbyt wiele, ale starałem się sprawdzić to, co najważniejsze.
Na początek test pod obciążeniem: podłączyłem przetwornicę do obciążenia elektronicznego, a zasilanie zapewnił zasilacz RD6024.


Przetwornica przechodzi w tryb zabezpieczenia przy około 26 A. Nie sprawdzałem trybu CC, ale już tutaj widać, że pod koniec napięcie nie jest odcinane od razu, tylko spada, co świadczy o działaniu funkcji ograniczenia prądu.


Zmierzylem też sprawność w różnych trybach. Ostatni tryb, z napięciem wyjściowym 13,8 V, wybrałem nieprzypadkowo — chodzi o zastosowanie przetwornicy jako ładowarki. I tu pojawił się pierwszy problem: regulacja napięcia jest dość zgrubna, a dokładność ustawienia wynosiła u mnie około +-15 mV.

Pomiary przeprowadziłem dla prądów obciążenia od 2,5 do 25 A, co 2,5 A. Górny próg napięcia wyjściowego ustawiłem na 20 V, żeby uzyskać moc około 500 W, choć w rzeczywistości obciążałem przetwornicę również do 600 W. Praca obciążenia w takim trybie jest jednak bardzo trudna, dlatego pomiary wykonałem tylko do 20 V.

Widać duży spadek sprawności przy napięciu wyjściowym 5 V, w pozostałych trybach jest wyraźnie lepiej: sprawność wynosiła około 93-95%. Przy aktywnym chłodzeniu przegrzanie jest chyba możliwe tylko przy mocach bliskich maksymalnej.
Najwyższą sprawność uzyskałem jednak przy napięciu wejściowym 36 V i wyjściowym 20 V. W rzeczywistości sprawność jest nieco wyższa, bo nie uwzględniłem spadku napięcia na przewodach wejściowych, ale tę różnicę można pominąć.



Następny był test oceniający warunki termiczne. Nie trwał zbyt długo i składał się z trzech etapów: 10, 20 i 25 A, po 10 minut każdy.



Przy prądach 10 i 20 A przetwornica radziła sobie całkiem dobrze. Po lewej zdjęcie przy 10 A, po prawej dwa zdjęcia przy 20 A. Na trzecim zasłoniłem boczniki, żeby nie prześwietlały obrazu i żeby lepiej było widać temperaturę pozostałych elementów. Na trzecim zdjęciu widać, że najwyższą temperaturę osiągnął dławik wyjściowy — około 80 stopni.


Przy 25 A sytuacja wyraźnie się pogorszyła. Po pierwsze, bocznik mocno się nagrzewał, a dławik osiągnął 106 stopni. Poza tym było jednak całkiem nieźle i chyba największym problemem były właśnie boczniki — opowiem o nich nieco później.


Sprawdziłem też zależność napięcia wyjściowego zarówno od obciążenia, jak i od temperatury.
1. Na początku, bez obciążenia, ustawiłem około 12 V, a dokładniej 12,005 V.
2. Prąd 10 A, na zimno.
3. Prąd 10 A po rozgrzaniu.
4. Prąd 20 A, początek
5. Prąd 20 A po rozgrzaniu.
6. Prąd 25 A, początek
7. Prąd 25 A po rozgrzaniu.
8. Napięcie bez obciążenia, po rozgrzaniu
9. I napięcie bez obciążenia po ostygnięciu.

Widać, że po pierwsze napięcie wyraźnie spada pod obciążeniem, a dodatkowo obniża się w miarę nagrzewania. Za ten drugi problem odpowiada chyba potencjometr montażowy i jego niewłaściwe umiejscowienie. Chodzi o to, że potencjometry tego typu mają i tak niezbyt dobry współczynnik temperaturowy, a do tego zamontowano go w miejscu, w którym temperatura może z łatwością osiągnąć 150-200 stopni.


A teraz o bocznikach — to temat sam w sobie.
Przy przepływie prądu nie tylko rozgrzewają się do absurdalnych 200+ stopni, ale można je też przypadkiem strącić z płytki, bo nagrzewają się tak mocno, że topi się lutowie.
Poniżej zdjęcie rezystorów po rozgrzaniu przy 25 A. Widać na nich ślady czegoś przezroczystego. Kiedy robiłem zdjęcie termowizyjne przy 20 A, przykryłem je kawałkiem plastikowej torebki. Torebka po prostu stopiła się w tym miejscu i zostawiła ślad na rezystorach. A gdy podczas testu przy 25 A dotknąłem rezystora pęsetą, żeby sprawdzić, co się do niego przykleiło, rezystor po prostu się przesunął i przykleił do pęsety. Musiałem dosłownie w ostatniej chwili przycisnąć go czymś innym, żeby przypadkiem nie zdjąć go z płytki.

Tak, przy 25 A bocznik nagrzewa się tak mocno, że rezystory naprawdę można strącić z płytki — lutowie jest całkowicie stopione...


Tętnienia sprawdzałem przy napięciu wejściowym 36 V i wyjściowym 5, 12 oraz 20 V, przy prądach 12,5 i 25 A, czyli przy 50 i 100% obciążenia.
Na początek amplituda tętnień przy napięciu wyjściowym 20 V bez obciążenia — wynosi około 100 mV. Przy napięciu wyjściowym 5 V tętnienia miały podobną amplitudę.


Kształt tętnień jest typowy dla przetwornic z prostownikiem synchronicznym, czyli zbliżony do trójkąta.
1, 2. wejście 36 V, wyjście 5 V, 12,5 i 25 A
3, 4. wejście 36 V, wyjście 12 V, 12,5 i 25 A
5, 6. wejście 36 V, wyjście 20 V, 12,5 i 25 A.

Warto zaznaczyć, że amplituda tętnień zależy głównie od prądu obciążenia: przy 12,5 A wynosi 200–300 mV, a przy 25 A — 300–400 mV.
Tak, moim zdaniem tętnienia są duże, a problem pogłębia fakt, że nie są to szczytowe skoki, lecz właściwa „podstawa” przebiegu, którą trudniej odfiltrować samym dławikiem.
Mimo to dodanie filtra LC może trochę pomóc, ale prawdopodobnie więcej da wymiana kondensatorów wyjściowych na pojemniejsze i lepszej jakości, zamiast tych atrap, które tu zamontowano.


Wnioski.
Jak to często bywa, przetwornica ma kilka wad, z których większość rekompensuje niska cena i całkiem dobra jakość wykonania. Mnie osobiście wyraźnie brakuje regulacji prądu wyjściowego, choć myślę, że dałoby się ją dodać.
Wśród zauważonych problemów są stosunkowo duża amplituda tętnień, wyraźna zależność napięcia wyjściowego od prądu i temperatury oraz nadmierne nagrzewanie boczników pomiarowych.
Zalety to staranny montaż, dość wysoka sprawność i brak przegrzewania przy prądach obciążenia do 20 A (nie licząc boczników).

W zasadzie nie widzę większego problemu z obciążeniem jej prądem 25 A, ale trzeba będzie wymienić boczniki pomiarowe, bo przy takim prądzie wydziela się na nich około 3 W, co powoduje ich przegrzewanie. Przetwornicę można też ulepszyć, wymieniając kondensatory i przenosząc potencjometr montażowy w chłodniejsze miejsce, a jeszcze lepiej — zastępując go rezystorem o stałej wartości.

Ogólnie rzecz biorąc, za tę cenę jest bardzo dobrze, a do tego można ją stosunkowo łatwo zmodyfikować. Planuję wykorzystać ją do ładowania zestawu akumulatorów, ale w tym celu trzeba będzie:
1. zastąpić potencjometr montażowy rezystorem o stałej wartości
2. wymienić boczniki (lub zmodyfikować obwód sprzężenia zwrotnego) tak, aby ograniczanie prądu zaczynało się nie przy 26 A, lecz na przykład przy 15 A.
3. być może dodać prosty termostat do sterowania wentylatorem.

Na dziś to już wszystko. Jeszcze raz dziękuję za przetwornicę — to było niespodziewane i bardzo miłe :)