Regulowana przetwornica napięcia XH-M403

Dziś recenzuję dość dziwne urządzenie. Z pewnych względów będzie krótka i nie znajdziecie w niej wszystkiego, do czego przywykliście, ale tak wyszło — może to i lepiej.


Właściwie ten produkt widziałem u innego sprzedawcy już chyba rok temu. Zaproponowałem napisanie recenzji, ale sprzedawca z jakiegoś powodu odmówił. Teraz podejrzewam, że nie bez powodu.

Zainteresowała mnie przede wszystkim forma tej przetwornicy: jest prosta i właśnie dzięki temu dobrze nadaje się dla początkujących elektroników. W rzeczywistości okazała się prostsza, niż początkowo sądziłem, ale po kolei.

Przetwornica jest zapakowana w niewielkie pudełko, w środku zabezpieczone kawałkiem pianki polietylenowej. Widać, że pudełko trochę ucierpiało w transporcie.


Opis ze strony produktu
Model produktu: XH-M403
Napięcie wejściowe: DC5-36V
Napięcie wyjściowe: DC1.3V-32V
Maksymalny prąd: 8A (zalecany prąd ciągły: 5A)
Maksymalna moc: 200 W
Sprawność przetwarzania: 0,94
Częstotliwość przełączania: 180 kHz
Pozostałe funkcje: pomiar prądu, zabezpieczenie przed zwarciem
Wymiary: 78 х 63 х 40 mm
Wyświetlanie napięcia wyjściowego w czasie rzeczywistym, bez wykrywania.
Rozdzielczość wskazania napięcia: 0,1 V

Zainteresowała mnie jej konstrukcja: wszystko jest maksymalnie proste i oszczędne — jedno pokrętło i dwa wyświetlacze.


Kiedy pierwszy raz zobaczyłem tę przetwornicę, mniej więcej rok temu, uznałem, że za sterowanie odpowiada enkoder. To teraz dość modne i często spotykane rozwiązanie, bo jest naprawdę praktyczne. W rzeczywistości całe sterowanie sprowadza się jednak do jednego potencjometru.
Wyświetlacze są duże — wysokość cyfr wynosi 14 mm. W niektórych sytuacjach to zaleta, zwłaszcza jeśli ktoś ma słaby wzrok.
Wymiary płytki: 78х63 mm, wysokość 35 mm bez wystającego pokrętła i 55 mm łącznie.


Zaciekawił mnie też sam potencjometr. Oprócz trzech wyprowadzeń rezystora ma jeszcze cztery szerokie wyprowadzenia do mocowania na płytce. Chyba wcześniej się z takimi nie spotkałem.
Konstrukcja jest sztywna, co moim zdaniem również jest zaletą.


Montaż jest dość staranny, płytka nie jest przeładowana i jest czysta. Topnik widać tylko przy wyprowadzeniach potencjometru, więc wygląda na to, że został przylutowany jako ostatni.


1, 2. Na wejściu i wyjściu zamontowano dwie porządne listwy zaciskowe z mechanizmem sprężynowym. Na płytce oznaczono je chińskimi znakami, ale łatwiej rozpoznać, która jest która, po boczniku pomiarowym — znajduje się przy wyjściu płytki.
3. Stopień mocy składa się z kontrolera PWM i zespołu diod MBR20100CT, zamontowanych na osobnych radiatorach, dławika oraz dwóch kondensatorów 470 µF 50 V.
4. Kontroler PWM XL4016, taki sam jak na znanej płytce o maksymalnym prądzie 10 A. Tutaj deklarowane parametry są realne: 5 A w trybie ciągłym i 8 A chwilowo.
Zespół diod i kontroler są odizolowane od radiatorów płytkami mikowymi; pasty termoprzewodzącej nie ma.


Mniej więcej połowę płytki zajmuje jednak jeszcze część pomiarowa.


Miernik amperomierz-woltomierz zbudowano na układzie N76E003AT20. Obok znajduje się wzmacniacz operacyjny LM358, a nieco dalej widać układ HC164 sterujący wyświetlaczami oraz multiplekser CD4051. Nie rozgryzłem jego roli, ale odniosłem wrażenie, że układ miernika ma jedno wejście pomiarowe, a multiplekser przełącza na nie na zmianę napięcie z bocznika (za wzmacniaczem operacyjnym) i z wyjścia płytki.


Na płytce jest też druga przetwornica, zasilająca część pomiarową i wyświetlacze. W zasadzie wszystko wykonano całkiem dobrze, a nawet pod pewnymi względami przemyślanie.


Ponieważ na wejściu znajduje się przetwornica DC-DC, pobór prądu zależy od napięcia zasilania. Przy 12 V wynosi 30 mA, a przy 36 V jest wyraźnie mniejszy — zaledwie 14 mA.


Od razu postanowiłem sprawdzić, jak przetwornica zachowuje się pod obciążeniem. Jak się okazało, słusznie. Chodzi o to, że napięcie bardzo dziwnie zmienia się przy różnym obciążeniu. Najpierw pomyślałem, że „trzeszczy” potencjometr albo jakoś poruszyłem płytką, dlatego powtórzyłem test trzykrotnie i za każdym razem otrzymywałem mniej więcej taki sam wynik.

Skalę wykresu celowo powiększyłem, żeby lepiej było widać zmiany. Napięcie wyjściowe wynosi 5 V, prąd dochodzi do 8 A.


Sprawdziłem przy 12 V — wynik był niemal identyczny.


Testowałem maksymalnie przy 19 V, ponieważ obciążenie ma moc 150 W, więc to najwyższe napięcie, przy którym mogłem sprawdzić prąd do 8 A.


Przy 19 V musiałem obniżyć próg zadziałania zabezpieczenia obciążenia elektronicznego do 18 V, bo inaczej uruchamiało się z powodu spadku napięcia.


Tak, stabilizacja napięcia wypada kiepsko, więc postanowiłem po prostu sprawdzić dokładność pomiaru napięcia i prądu.
Natrafiłem tu na kolejny problem: okazało się, że bardzo trudno precyzyjnie ustawić napięcie wyjściowe. I nie chodzi nawet o to, że zastosowano zwykły potencjometr, a nie wieloobrotowy — problem tkwi w samej regulacji. Kiedy na przykład obracam pokrętło w prawo, napięcie rośnie i w pewnym momencie przekracza żądaną wartość. Oczywiście zaczynam kręcić w drugą stronę, ale trzeba obrócić pokrętło o dość duży kąt i znowu „przestrzeliwuję”. W efekcie zamiast ustawić 5 V, otrzymywałem 4,9 albo 5,2, albo jeszcze inną wartość, ale nigdy równe 5. Dodatkowym utrudnieniem była bezwładność i niska częstotliwość pomiarów woltomierza. Krótko mówiąc, osobom o słabych nerwach zdecydowanie odradzam korzystanie z tego urządzenia.

Sprawdziłem napięcie w całym zakresie: od minimalnych 1,25 V do maksimum, jakie udało się uzyskać przy napięciu wejściowym 36 V. Powyżej 7–8 V błąd pomiaru stał się zauważalny, a przy wyższych napięciach był już bardzo wyraźny.


Ponieważ układ jest prymitywny, na płytce znajdują się dwa zupełnie zwyczajne potencjometry montażowe do kalibracji — osobno dla prądu i napięcia.
Domyślnie są ustawione w położeniu środkowym, więc sądzę, że nikt nawet nie próbował ich kalibrować.


Wziąłem mały śrubokręt, ustawiłem maksymalne napięcie wyjściowe i dopasowałem wskazania woltomierza do tych na multimetrze. Jest tu jednak jeszcze jedna uwaga: regulacja jest bardzo zgrubna — nawet stosunkowo niewielki obrót potencjometru montażowego zmienia wskazanie o 0,5–1 V.

Mimo to udało się całkiem dokładnie skalibrować urządzenie.


Z prądem było mniej więcej tak samo jak z napięciem.


Kalibracja prądu jest nieporównanie łatwiejsza, regulacja przebiega płynniej, więc dobry wynik uzyskałem dosłownie po pół minuty. Kalibrowałem przy maksymalnym prądzie.


Podczas zabawy z kalibracją woltomierza i amperomierza przetwornica wyraźnie się nagrzała. Pomyślałem, że warto sprawdzić, jak zmienia się napięcie wyjściowe wraz z temperaturą. Schłodziłem ją, ustawiłem na wyjściu około 12 V, obciążyłem prądem 5 A (maksymalny prąd ciągły) i zacząłem czekać.
Po prawie 40 minutach otrzymałem taki zabawny wykres. Zabawny dlatego, że napięcie nie tylko spadało w miarę nagrzewania — to akurat bym zrozumiał — ale potem zaczęło rosnąć, a następnie znowu spadać...


Po prawie 40 minutach nagrzewania ustawiłem na wyjściu 20 V przy tym samym prądzie (moc około 100 W) i zostawiłem urządzenie włączone jeszcze przez jakieś 10 minut, mierząc przy okazji temperaturę.
Ustaliłem, że przy napięciu wejściowym 36 V, prądzie obciążenia 5 A oraz napięciu wyjściowym 12 i 20 V najbardziej nagrzewał się kontroler PWM. Temperatura radiatora wynosiła około 95 i 105 stopni, a sam układ kontrolera był oczywiście znacznie gorętszy, ale dostęp do niego był bardzo utrudniony.


Dalsza część opowieści urywa się, bo wszystko skończyło się zwarciem kontrolera PWM. Stało się to w zupełnie niewinnych okolicznościach. Grzebałem przy multimetrze i płytce, mierzyłem prąd, a potem podłączyłem multimetr równolegle do wyjścia płytki, ale zapomniałem przełożyć przewodów pomiarowych w samym multimetrze. Podałem zasilanie na płytkę (była odłączona od zasilania, kiedy podłączałem przewody) i kontroler odszedł do krainy wiecznych łowów.
Teraz na wyjściu płytki jest zawsze dokładnie to samo co na wejściu.


Podsumowanie.
Przetwornica ma mnóstwo wad. Oprócz tego, że uszkodził się w niej sterownik PWM, ma bardzo zgrubną regulację napięcia, nie ma regulowanego ograniczenia prądu, a napięcie zmienia się zarówno pod wpływem prądu obciążenia, jak i nagrzewania. Jak się domyślacie, nie zdążyłem nawet zmierzyć poziomu tętnień.
Nie widzę sensu jej naprawiać i najpewniej przeznaczę ją na części.

Mimo to uważam, że na bazie takiej konstrukcji można by zrobić coś naprawdę świetnego i nie rozumiem, dlaczego żaden producent na to nie wpadł.
Często spotykam się z sytuacjami, gdy ktoś nie potrzebuje ani podłączenia do komputera, ani różnych funkcji serwisowych, pomiaru prądu, mocy itd. Potrzebuje po prostu dwóch dużych wyświetlaczy bez zbędnych informacji — tylko prąd, napięcie i minimum elementów sterujących.
Rozwiązanie jest przecież oczywiste i początkowo myślałem, że tutaj mniej więcej tak właśnie zrobiono. Bierzemy taką płytkę, dodajemy mikrokontroler, potencjometr zastępujemy enkoderem i programujemy to tak:
1. Obracanie enkodera — zmiana wybranego parametru
2. Krótkie naciśnięcie — wybór regulacji prądu lub napięcia
3. Długie naciśnięcie — włączenie/wyłączenie wyjścia
4. Do ustawiania prądu/napięcia stosujemy regulację progresywną, w której krok zmiany zależy od szybkości obracania enkoderem. Regulowany parametr podświetlamy jaśniej.
I tyle, często niczego więcej nie potrzeba. Co więcej, najpewniej nie wpłynęłoby to nawet na cenę, bo można usunąć układ amperomierza/woltomierza i przełącznik.

Chociaż nie, jest jeszcze jedna rzecz. Czasem aż chce się powiedzieć: drodzy producenci, dorzućcie do zestawu z takimi płytkami filtr do wyświetlacza. Przecież kosztuje grosze, a nie zawsze można go znaleźć albo dobrać.
W obecnej postaci nie jest warta swojej ceny — gdyby chociaż miała regulację prądu.

No, teraz już naprawdę wszystko. Mam nadzieję, że informacje były przydatne.