Uniwersalna regulowana przetwornica napięcia zasilana przez USB i obsługująca tryb QC

Niedawno zamówiłem na AliExpress całkiem ciekawy gadżet. Nie kupiłem go do żadnego konkretnego celu, po prostu jest niedrogi i ma nietypowe funkcje. Jak zwykle, najlepiej przeczytać o wszystkim w recenzji. Mam nadzieję, że będzie interesująca.


Cena: $4.23 + $1.77 za dostawę do nas

Ta przetwornica jest reklamowana jako mocno uproszczony „zasilacz laboratoryjny”, zasilany z zasilaczy z wyjściem USB.
Najważniejsze parametry:
Napięcie wejściowe: 4–13 V
Napięcie wyjściowe: 0,5–30 V
Prąd wyjściowy: 0–2 A
Moc wyjściowa: do 15 W
Wyświetlanie napięcia: rozdzielczość 0,1 V, dokładność ±0,1 V
Wyświetlanie prądu: rozdzielczość 0,01 A, dokładność ±0,05 A w zakresie 0,05–2,2 A
Wyświetlanie mocy: 0–15 W
Zabezpieczenie przed przegrzaniem: wyłączenie po przekroczeniu temperatury 100 stopni, ponowne włączenie przyciskiem zasilania.
Pobór prądu przez urządzenie: 30 mA
Zabezpieczenie przed zwarciem
Masa: 52 g.

Przetwornica dotarła zapakowana w niewielkie pudełko z pianki. Taki sposób pakowania przypomniał mi firmę RDtech.


Urządzenie ma formę „pendrive’a”, czyli modułu z wtykiem USB, który podłącza się do zasilacza. Jak już wcześniej, mam pewne zastrzeżenia do samej konstrukcji: płytka jest całkowicie odsłonięta z boku, więc do środka może dostać się cokolwiek, w tym coś przewodzącego prąd.


Myślałem, że mój tester USB jest duży, ale jak bardzo się myliłem! Okazuje się, że są jeszcze większe urządzenia USB.


1. U góry znajduje się czterocyfrowy, siedmiosegmentowy wyświetlacz LED, a po prawej para diod sygnalizujących włączenie przetwornicy i przejście w tryb CC (ograniczenie prądu).
Dalej po prawej widać dwa potencjometry montażowe: dolny służy do regulacji prądu, a górny do regulacji napięcia.
2. Na spodzie znajdują się tylko nazwa modelu oraz parametry wejścia i wyjścia.
3. Z przodu są wtyk USB i dwa gniazda USB: USB Type-C oraz microUSB, więc zasilanie można podłączyć na trzy sposoby.
4. Po przeciwnej stronie znajduje się przycisk wyboru trybu QC, AFC, FCP, SCP oraz trybu automatycznego sterowania zasilaczami obsługującymi szybkie ładowanie.
5. Na końcu, obok wyświetlacza, są jeszcze dwa przyciski. Lewy włącza i wyłącza urządzenie, a także resetuje tryb przeciążenia. Prawy służy do wyboru wyświetlanej wartości: napięcia, prądu lub mocy.
6. Po przeciwnej stronie nie ma złączy ani elementów sterujących, widać tylko podzespoły przetwornicy.


Na górze (i na dole) naklejona jest matowa folia ochronna. Później ją zdjąłem, ale moim zdaniem wyświetlacz nadal nie jest zbyt czytelny, bo obudowa jest z przezroczystego, a nie barwionego plastiku. Po prawej na zdjęciu widać wersję bez górnego panelu; z panelem (bez folii) czytelność jest trochę lepsza, ale niewiele.


Dlatego wszystkie dalsze testy i prezentację przeprowadziłem z kawałkiem czerwonego filtra. Moim zdaniem tak jest znacznie lepiej.

Po podłączeniu zasilania wyświetla się napis „Auto”. Chińscy projektanci naprawdę znęcają się nad literą t, jak tylko mogą. Widziałem już wersję, w której zamiast t wyświetlało się r i wychodziło „Auro”, choć znacznie prościej byłoby wyświetlić t w uproszczonej formie, bez lewej części poziomej kreski.


1–3. Wyświetlanie napięcia, prądu i mocy. Tryb zmienia się przyciskiem Select. Czwarte naciśnięcie uruchamia automatyczne przełączanie, ale w praktyce ten tryb jest bardzo niewygodny.
4–8. Ręczny wybór trybu sterowania zasilaczem obsługującym protokoły szybkiego ładowania.
9, 10. Tryb wyłączenia. W rzeczywistości urządzenie nie wyłącza się całkowicie: napięcie na wyjściu zostaje odłączone, ale wyświetlacz nadal świeci i pokazuje zerowe napięcie wyjściowe. Czyli sterowanie i wyświetlacz działają niezależnie.
11, 12. Minimalne i maksymalne napięcie wyjściowe.


1, 2. Pobór prądu przez urządzenie w stanie włączonym i wyłączonym wynosi odpowiednio około 60 i 15 mA.
3, 4. Przetwornica była podłączona do ładowarki QC i automatycznie wybrała napięcie wyjściowe 12 V, ale bez problemu można też ręcznie ustawić dowolne parametry.


Jak już pisałem, konstrukcja obudowy jest prosta i prymitywna. Dwa kawałki plastiku, a między nimi płytka drukowana.


Mimo to płytka drukowana wygląda schludnie, a jak na urządzenie z tego przedziału cenowego jest wręcz świetnie.


Na spodzie zamontowano sterownik wyświetlacza LED TM1650, a pod samym wyświetlaczem znajduje się mikrokontroler. A właściwie tylko przypuszczam, że to mikrokontroler, bo nie wylutowywałem wyświetlacza, ale układ na pewno tam jest.


1, 2. Złącza USB. Nie wypowiem się o skrajnych elementach, ale wtyk USB wygląda solidnie.
3. W obwodach zasilania zastosowano zwykłe, pewnie najtańsze kondensatory: 220 µF 16 V na wejściu i 100×35 na wyjściu.
4. Niedaleko zacisku wyjściowego i bocznika pomiarowego znajduje się wzmacniacz operacyjny LM358, który prawdopodobnie wzmacnia sygnał z bocznika i obsługuje obwód pomiaru napięcia wyjściowego.


A oto „serce” tej płytki, czyli sam uniwersalny konwerter zbudowany w topologii SEPIC. Nie należy mylić go z układami StepUP-StepDown, w których napięcie jest najpierw podwyższane, a potem obniżane (zwykle za pomocą dwóch oddzielnych kontrolerów PWM i dwóch dławików), ani z uniwersalnym konwerterem mającym jeden kontroler PWM i jeden dławik.

Wielokrotnie opowiadałem o topologii przetwornic SEPIC, a nawet proponowałem prostą przeróbkę przetwornicy StepUp przez dodanie kilku elementów. Takie przetwornice łatwo rozpoznać po jednym kontrolerze PWM i dwóch identycznych (to ważne) dławikach.

Ta przetwornica może zarówno podwyższać, jak i obniżać napięcie, dlatego przy napięciu wejściowym 4–13 V może dostarczać od 0,5 do 31 V.

Steruje nią kontroler PWM FP5139 oraz tranzystor mocy NCE6075. Warto zauważyć, że na wyjściu znajduje się dławik ograniczający tętnienia, a za nim dodatkowy kondensator.


W praktyce nie ustawiamy bezpośrednio napięcia, tylko zmieniamy je, kontrolując wskazania woltomierza. W tym przypadku sprawdzamy więc raczej dokładność pomiaru woltomierza i amperomierza.

Krótko mówiąc, w całym zakresie woltomierz zaniża wskazania o 0,1–0,2 V, czyli bardziej, niż wynosi deklarowany błąd pomiaru 0,1 V. Nie powiedziałbym, że to krytyczne — to przecież nie jest przyrząd precyzyjny. Deklarowanie dokładności 0,1 przy takiej samej rozdzielczości jest zresztą zbyt śmiałe, bo to nierealne.


Podczas regulacji prądu wyjściowego trafiłem na kilka „glitchy”.
1, 2. Na przykład przy odłączonym obciążeniu i pokrętle regulacji prądu ustawionym skrajnie w lewo napięcie wyjściowe skakało z 0,5–1 V do 4–7 V.
3. Podobna sytuacja mogła wystąpić przy podłączonym obciążeniu i pokrętle regulacji napięcia ustawionym skrajnie w lewo: prąd potrafił skoczyć z 300 mA do 4 A, mimo że deklarowane ograniczenie prądu przetwornicy wynosi 2 A. W tym przypadku po prostu nie działało, więc zachowajcie ostrożność.


Z prądem jest mniej więcej tak samo jak z napięciem: amperomierz zaniża wskazania o około 0,06 A przy deklarowanym błędzie pomiaru 0,05 A. Prawidłowo działa dopiero przy prądach powyżej 2 A. Maksymalny prąd wyjściowy wynosi 2,3 A — dalej nie da się już regulować.
Myślę jednak, że można spróbować to poprawić, choć trzeba będzie zmienić dzielnik sprzężenia zwrotnego w obwodzie pomiaru prądu, tranzystor mocy i dławiki, a być może także kondensatory. Sam miernik potrafi wyświetlać większy prąd, co było widać na poprzednim zdjęciu.


Dalsze testy przeprowadziłem w konfiguracji: zasilacz z obsługą QC, tester USB, testowana przetwornica i obciążenie elektroniczne ZKE EBC-A10H.


Ponieważ to przetwornica SEPIC, uzbierało się mnóstwo wykresów. Testy przeprowadziłem przy dwóch napięciach wejściowych (5 i 12 V) oraz czterech napięciach wyjściowych (5, 12, 20 i 30 V). Zwiększałem prąd, aż przetwornica wyłączyła wyjście albo napięcie spadło do progu zadziałania odcięcia w obciążeniu (0,8 V).


Kolejną porcję wykresów schowam pod spoilerem, bo nie wymyśliłem, jak je przedstawić w bardziej kompaktowej formie :(


Po przekroczeniu dopuszczalnego prądu przetwornica po prostu przechodziła w tryb ograniczenia prądu, a po przekroczeniu mocy wyłączała wyjście i wyświetlała komunikat o przekroczeniu limitu. Można ją było ponownie włączyć przyciskiem zasilania albo przez odłączenie i ponowne podanie napięcia wejściowego.


Ponieważ tester USB mierzy napięcie przed bocznikiem, czyli na wyjściu zasilacza, aby dokładniej zmierzyć sprawność, podłączyłem do wyjścia pierwszego testera drugi, który mierzył napięcie na jego wyjściu, a więc niemal na wejściu przetwornicy. „Niemal”, bo dochodzi jeszcze spadek napięcia na stykach samego złącza. Wykres pokazuje więc wynik nieco gorszy niż w rzeczywistości, ale myślę, że w tym przypadku można to pominąć.


Otrzymałem dwa wykresy. Pierwszy dla napięcia wejściowego 5 V


Drugi dla napięcia 12 V. Obciążenie pracowało w trybie stabilizacji mocy, dlatego wartości na dole skali odpowiadają mocy w watach.


Pomiar poziomu tętnień na wyjściu przetwornicy w różnych trybach pracy. Oczywiście najlepiej byłoby zasilać ją z zasilacza liniowego, żeby wyeliminować wpływ samego zasilacza, ale niestety nie mam teraz takiej możliwości.

Praca bez obciążenia, tryby:
5-5
5-20
12-5
12-20


Napięcie wejściowe 5 V, napięcie wyjściowe i obciążenie odpowiednio:
1, 2. 5 V, 5 i 10 W
3, 4. 12 V, 5 i 10 W
5, 6. 20 V, 5 i 10 W


Napięcie wejściowe 12 V, napięcie wyjściowe:
1, 2. 5 V, 5 i 10 W
3, 4. 12 V, 5 i 14 W
5, 6. 20 V, 5 i 14 W


Dodatkowo sprawdziłem tryb z napięciem wejściowym 5 V i wyjściowym 30 V przy mocy 9 W. Przypadkiem trafiłem też na dziwny przebieg oscyloskopowy na wyjściu przy określonej kombinacji ustawień — w tym przypadku napięcie wejściowe wynosiło 12 V, wyjściowe 20 V, a moc 10 W. W pozostałych trybach tego nie zaobserwowałem.


Podsumowując.
Przetwornica jest zdecydowanie ciekawa, choć nie do końca rozumiem, do kogo jest skierowany ten produkt. Działa, wyświetla nie tylko napięcie i prąd, ale także moc. Pozwala zarówno podwyższać, jak i obniżać napięcie, obsługuje tryby QC, AFC, FCP i SCP oraz umożliwia regulację napięcia i prądu wyjściowego. W praktyce można jej nawet używać jako ładowarki albo najprostszego „zasilacza laboratoryjnego”, ale o mocy nie większej niż 15 W.
A skoro mowa o mocy: przy napięciu wyjściowym 5 V wyniesie ona maksymalnie 10–11 W, ponieważ obowiązuje ograniczenie prądu. Przetwornica ma więc dwa limity — prądu i mocy. Ograniczeniem będzie ten, który zostanie osiągnięty jako pierwszy. Przy napięciu powyżej 7–7,5 V można już uzyskać pełne 15 W. Zasilanie można podłączyć przez USB-A, USB-C albo microUSB, co jest wygodne.
Wartości prądu i napięcia wyjściowego nie ustawia się tak jak w układach cyfrowych — reguluje się je po prostu, kontrolując wskazania woltomierza lub amperomierza.
Jest zabezpieczenie przed zwarciem i przeciążeniem mocą. Producent deklaruje też zabezpieczenie przed przegrzaniem, ale go nie sprawdzałem. Na płytce znajduje się również bezpiecznik.

Krótko mówiąc: ciekawy sprzęt, zwłaszcza w tej cenie, ale na razie nie wiem, do czego mógłbym go wykorzystać.

To wszystko na dziś. Mam nadzieję, że ten tekst okazał się przydatny.