Mocna dwukanałowa przetwornica DC-DC

Podczas kompletowania jednego z zamówień na Taobao natknąłem się na ciekawe płytki przetwornic. Po przeczytaniu opinii kupujących postanowiłem zamówić kilka sztuk dla siebie. Ponieważ jest szansa, że ktoś jeszcze na nie trafi, postanowiłem przygotować krótki przegląd.


Na Taobao często można trafić na sprzedawców, którzy rozbierają różnego rodzaju używany sprzęt, a potem sprzedają osobno jego części. Tym razem natknąłem się właśnie na takiego sprzedawcę. Z komentarzy wynikało, że ma stałych klientów, którzy są bardzo zadowoleni z jego towarów, co po części skłoniło mnie do zamówienia nie jednej, lecz kilku przetwornic. Już po pierwszych testach stało się jasne, że to była dobra decyzja, zwłaszcza że w chwili, gdy otrzymałem przesyłkę, sprzedawca zdążył już wyprzedać wszystkie sztuki. Myślę jednak, że te przetwornice można znaleźć także w innych miejscach. Dlaczego tak uważam, powinno być jasne po lekturze przeglądu.


Zamówiłem więc i otrzymałem 6 przetwornic.


Płytki są bardzo kompaktowe, niewiele większe od pudełka zapałek.


Wyglądają na używane, a dokładniej — zostały wylutowane z jakiegoś urządzenia. Widać ślady masy zalewowej i powyginane wyprowadzenia, ale wszystkie elementy są całe, co cieszy.
Na górnej stronie znajdują się dwa dławiki, kilka kondensatorów polimerowych i drobnica. Na wejściu jest dławik, który chroni albo przetwornicę przed tętnieniami zasilacza, albo zasilacz przed tętnieniami przetwornicy.


Na jednej ze stron płytki znalazłem oznaczenie G1208-20013120A.


Oznaczenie doprowadziło mnie do zasilaczy, z których wylutowano te przetwornice. Oto kilka linków do recenzji:
Cooler Master MWE 750 WHITE 230V V2 - link
Cooler Master MWE Bronze 650 - link
A także chińska i koreańska strona:
MWE 500 WHITE 230V V2 - link
Cooler Master New Thunder 500W - link

Znalazłem tam nie tylko zdjęcia, ale też parametry tych płytek, w szczególności napięcia wyjściowe 5 i 3,3 V.


Wyraźnie widać, że to te same płytki.


Ciekawe jednak, że w jednych zasilaczach podano parametry 16+16 A, czyli łącznie 110 W, a w innych 20+20 A, czyli łącznie 120 W.


W rzeczywistości płytka zawiera nie tylko przetwornice napięcia, ale także czujniki temperatury i układ sterowania wentylatorem. Jeden czujnik temperatury wyprowadzono na zewnątrz. Na podstawie jego odczytu płynnie regulowane są obroty wentylatora, a drugi, czujnik SMD, umieszczono między dławikami. Zabezpiecza on przetwornicę przed przegrzaniem.


Od spodu elementów jest wyraźnie więcej. Tylko jedna płytka nie była pokryta masą zalewową.


Przetwornicą steruje specjalizowany, dwukanałowy kontroler PWM APW7159C. Na jego wyjściu podłączono cztery tranzystory kluczujące FTD05N03NA: 30 V, 100 A, 4 mΩ.


Najważniejsze cechy:
Układ jest zasilany napięciem 12 V, ma zabezpieczenie przed zbyt wysokim i zbyt niskim napięciem, a jego zakres pracy wynosi 6–14,4 V. Ma też zabezpieczenie przed przegrzaniem i przeciążeniem (na podstawie pomiaru spadku napięcia na górnych tranzystorach). Częstotliwość pracy wynosi 50–400 kHz.


Dostępny jest również typowy schemat aplikacyjny. Widać na nim, że oba kanały są niemal identyczne, więc można zmienić napięcie wyjściowe, a także przerobić wariant 5+3,3 V na wygodniejszy dla mnie układ 5+5 V.
Ponadto w pokazanym przykładzie wariant ma prąd wyjściowy 30+30 A.


Obok przetwornicy znajdują się jeszcze dwa układy, których nie udało mi się zidentyfikować. Przypuszczalnie jeden z nich odpowiada za sterowanie wentylatorem.


W komentarzach do produktu znalazłem też zdjęcia pokazujące, gdzie podłączyć zasilanie i skąd pobierać napięcia wyjściowe.


Podłączamy zasilacz i podajemy 12 V. Pobór mocy bez obciążenia jest dość duży i wynosi 1,2 W.


Na wyjściu 5 V wszystko się zgadza, natomiast napięcie na wyjściu 3,3 V jest zawyżone. Przypuszczam, że do dodatkowego „grzebienia” wyprowadzono również wejście kompensacji spadku napięcia na przewodach. Bez jego podłączenia przetwornica podaje maksymalnie 3,4 V (ograniczenie na wypadek przerwania przewodu sprzężenia zwrotnego).



Ponieważ prądy są spore, do testów użyję obciążenia o maksymalnym prądzie 30 A. Multimetr jest podłączony do pól wyjściowych płytki.


Stabilizacja napięcia jest po prostu znakomita: w zakresie prądu obciążenia od 0 do 25 A napięcie zmieniło się zaledwie o 11 mV!


Co więcej, przetwornica dostarczyła również 30 A. Wymagało to jednak podniesienia napięcia wejściowego do 14,3 V, bo inaczej zasilacz przechodził w tryb ograniczenia prądu.
Niestety w tym trybie przetwornica wyłącza się po około 10 sekundach z powodu zabezpieczenia przeciążeniowego. Zabezpieczenie jest zatrzaskowe, czyli dopóki nie odłączę napięcia wejściowego, na wyjściu będzie 0.


Zmierzono sprawność płytki na wyjściu 5 V w dwóch trybach: przy napięciu wejściowym 12 i 14,3 V.

Z uzyskanego wykresu wynika, że sprawność jest wyższa przy napięciu wejściowym 12 V, a jej maksimum przypada na prąd wyjściowy 10 A. Planuję przerobić płytkę na wariant 5+5 V. Potrzebuję łącznego prądu 40 A, więc mogę zastosować dwie takie płytki i uzyskać cztery kanały po 10 A, zapewniając maksymalną sprawność, a tym samym minimalne nagrzewanie.


A skoro mowa o nagrzewaniu. Przeprowadziłem krótki test: podałem na wejście 12 V, obciążyłem kanał 5 V prądem 10 A i sprawdziłem, jak przetwornica będzie się zachowywać.
1. Temperatura na początku testu.
2, 3. Temperatura po obu stronach płytki po 20 minutach.


Potem zwiększyłem prąd do 15 A i zostawiłem układ na kolejne 20 minut.
Bez aktywnego chłodzenia nie wygląda to najlepiej: temperatura na górnej stronie płytki wzrosła o prawie 11 stopni, a najgorętszy był dławik. Właśnie dlatego wpadłem na pomysł, żeby zrobić dwa kanały po 10 A. Przy niewielkim nawiewie płytka będzie pracować z całkiem sporym zapasem.


Na wyjściu też jest pięknie: amplituda tętnień bez obciążenia (pierwszy zrzut ekranu) oraz przy 8, 16 i 24 A. Nawet przy 24 A nie przekraczała 30–35 mV. Zasilanie zwykłej ładowarki do akumulatorów taką przetwornicą to już chyba lekka przesada :)


Z wentylatorem pojawił się jednak mały problem. Zgodnie z założeniami podłączyłem go do fabrycznego złącza na płytce, włączyłem zasilanie i zacząłem podgrzewać czujnik temperatury. Nic się jednak nie działo. Po pobieżnej analizie schematu doszedłem do wniosku, że sterowanie jest dość dziwne: przełączane są oba przewody. Dodatni za pomocą dużego tranzystora obok złącza, na górnej stronie płytki, a ujemny za pomocą małego tranzystora SMD. O ile dobrze rozumiem, duży tranzystor liniowo reguluje obroty, a mały po prostu włącza i wyłącza wentylator.
Metodą „naukowego zgadywania” ustaliłem, że na jednym ze styków „grzebienia” znajduje się sygnał zezwalający na pracę wentylatora. Aby go uruchomić, podałem przez rezystor 680 Ω napięcie 5 V z wyjścia przetwornicy. W praktyce lepiej podać tam napięcie z innego źródła, na przykład z wejścia 12 V, żeby płytka nie została bez chłodzenia, gdy zniknie napięcie 5 V. Rezystor 680 Ω można zastąpić innym, o większej rezystancji — akurat ten miałem pod ręką i nadawał się do testu.

Po wlutowaniu rezystora wentylator zaczął płynnie zwiększać obroty w miarę nagrzewania się czujnika temperatury. Po jego ostygnięciu nie wyłącza się całkowicie, tylko obraca się bardzo wolno. Tymczasem w recenzji zasilacza z taką płytką napisano, że wentylator całkowicie się wyłącza.


Początkowo chciałem zostawić przeróbkę na później, ale ciekawość wzięła górę.
Wszystko jest tu bardzo proste. Na płytce są dwa dzielniki napięcia: R47 (12 kΩ) i R50 (3 kΩ) dla kanału 5 V oraz R2 (12 kΩ), R46 (100 Ω) i R5 (5,1 kΩ) dla kanału 3,3 V. R50 i R5 znajdują się w dolnym ramieniu dzielnika, a R47 oraz R2+R46 w górnym. W drugim przypadku zastosowano dwa rezystory połączone szeregowo: 12 kΩ i 100 Ω. Najwyraźniej chodzi o niewielkie podniesienie napięcia kanału 3,3 V.

Aby podnieść napięcie kanału 3,3 V, trzeba albo wymienić rezystor R5 na 3 kΩ, albo dolutować do niego równolegle drugi rezystor o wartości 7,5 kΩ. Wybrałem pierwszy wariant, ponieważ nie miałem pod ręką rezystora 7,5 kΩ, za to miałem rezystory 3 kΩ — choć były nieco większe.


Napięcie wyjściowe wzrosło do wymaganej wartości, a nawet nieco ją przekroczyło.


Ponieważ w tym dzielniku rezystor 100 Ω jest włączony szeregowo z rezystorem 12 kΩ w górnej gałęzi, po prostu zwarłem go zworką.
Przy okazji, na niektórych płytkach rezystory dzielnika są przylutowane „kanapkowo”, czyli korektę przeprowadza się ręcznie.



Teraz na wyjściu kanału 3,3 V jest dokładnie takie samo napięcie jak na kanale 5 V. Być może później skoryguję je w dół, ale najpierw trzeba poeksperymentować, żeby sprawdzić, jak bardzo można je obniżyć.


Podsumowanie będzie krótkie: przetwornice bardzo mi się spodobały. Jeśli trafią się w rozsądnej cenie, „trzeba brać” — są kompaktowe, mają dużą moc, przyzwoitą sprawność, dwa kanały, układ sterowania wentylatorem oraz zabezpieczenia przed przegrzaniem i przeciążeniem.
Jeśli ktoś widział je na AliExpress, będę wdzięczny za linki.

Jak już pewnie się domyśliliście, te przetwornice są mi potrzebne do przeróbki wielokanałowego testera akumulatorów, stąd wymagania: 40 A, napięcie 5 V i napięcie wejściowe w zakresie 10–14 V. Dużym plusem jest to, że kanały można rozdzielić i nie trzeba mieć jednej przetwornicy 5 V 40 A — wystarczą dwie 20 A albo cztery 10 A. Być może obniżę napięcie wyjściowe do 4,7–4,8 V, żeby jeszcze zmniejszyć wymaganą łączną moc, ponieważ zasilanie będzie pochodzić z UPS-a.
Pozostało jeszcze trochę je dopracować pod kątem mojego zastosowania i można korzystać.