Przetwornica obniżająca napięcie o prądzie do 10 (12) A

Niedawno opublikowałem recenzję modułu przetwornicy obniżającej o prądzie do 20 A, ale jak już wtedy wspominałem, był to już drugi egzemplarz, który zamówiłem na AliExpress. Dziś recenzja tego, co dostałem mniej więcej rok temu zamiast niego przy pierwszym zamówieniu.


Właśnie tej przetwornicy nie zamawiałem — sprzedawca coś pomylił i przysłał mi ją zamiast wersji na 20 A. Zauważyłem to zbyt późno, więc musiałem się z tym pogodzić. Postanowiłem jednak ją przetestować, a przy okazji znalazłem link do tego modelu u sprzedawcy, który mi ją przysłał.

Opakowanie jak zwykle klasyczne: woreczek antystatyczny, a w środku kompaktowa przetwornica — konstrukcyjnie płytka z dwoma radiatorami po bokach.


Dane ze strony produktu (oryginalne tłumaczenie)



Na pierwszy rzut oka wygląda schludnie, choć jak się później okazało, rzeczywistość jest daleka od tego wrażenia.
Od strony wejścia znajduje się listwa zaciskowa, bezpiecznik 15 A i potencjometr montażowy do ustawiania napięcia wyjściowego. Regulacji prądu nie przewidziano.
Od strony wyjścia jest taka sama listwa zaciskowa jak na wejściu, dioda LED sygnalizująca napięcie wyjściowe oraz miejsce do podłączenia wentylatora.
Dodam, że listwy zaciskowe są nieco za słabe jak na deklarowane 10 A, a ich ogólna jakość pozostawia wiele do życzenia, choć będą działać.


Na wejściu zamontowano dwa kondensatory, a na wyjściu trzy. Wszystkie mają pojemność 330 µF i napięcie znamionowe 35 V. Choć widnieje na nich jakaś nazwa, ja nazywam takie po prostu bezimiennymi.


Układ jest ciasno upakowany, dławik nie jest zamocowany i trzyma się wyłącznie na przewodzie uzwojenia, a kondensatory stoją tuż obok siebie (pewnie po to, żeby nie zmarzły). Dopiero przy dokładniejszych oględzinach zauważyłem, że śruba dociskająca diodę jest zardzewiała...


Przetwornica jest zbudowana na kontrolerze PWM XL4016E1, a na drugim radiatorze zamontowano diodę MBR2045CT.
Oba elementy mocy są odizolowane od radiatorów. Same radiatory są zresztą przykręcone do płytki.


I tu zaczyna się najciekawsze. Okazuje się, że dla tego układu scalonego istnieją co najmniej dwie wersje karty katalogowej: starsza, w wersji 1.2, i nowsza, w wersji 1.3. W starszej podano maksymalny prąd 8 A oraz zabezpieczenie przed zbyt wysokim napięciem wejściowym. W nowszej o tym zabezpieczeniu nie ma mowy, za to prąd obciążenia określono na 12 A, czyli półtora raza więcej.


Zrzuty ekranu pierwszej karty katalogowej znalazłem w materiałach do własnej recenzji przetwornicy z deklarowanym prądem 10 A, drugą pobrałem ze strony producenta układu.
Myślę, że wiele osób pamięta recenzję tego modelu przetwornicy, choć od jej publikacji minęły już ponad 4 lata.


Schematy blokowe obu układów są identyczne, ale różnią się schematy aplikacyjne. W starszej wersji podano przykład z napięciem wyjściowym 5 V i prądem 8 A przy napięciu wejściowym z zakresu 8–40 V. W nowszej jest to bardziej skomplikowane. Podano, że:
1. Przy napięciu zasilania 8–20 V i napięciu wyjściowym 5 V dopuszczalny jest prąd do 9 A.
2. W zakresie 20–36 V, przy tym samym napięciu wyjściowym, obciążenie może wynosić już do 12 A.
3. Jednocześnie jako typowy tryb pracy podano 5 V i 12 A przy napięciu wejściowym 8–36 V, co nie zgadza się z pierwszym punktem.

Na prawym schemacie podano też diodę MBR2045, więc producent modułu najwyraźniej po prostu zrobił wszystko zgodnie z zaleceniami producenta układu.



Lutowanie jest przeciętne, ale ślady topnika na płytce wyglądają kiepsko.


Ale i tutaj znalazły się dziwne rzeczy.
1. Nie wiadomo dlaczego styki do podłączenia wentylatora są opisane od spodu jako V_in i V_out.
2. Jest nieobsadzone złącze i brakuje elementów do sterowania przetwornicą sygnałem PWM. Sądząc po połączeniach, prowadzą one do drugiego wyprowadzenia układu (FB).


Dla porównania zdjęcie dwóch przetwornic: po lewej wersja 20 A, po prawej opisywana. Wersja 20 A kosztuje zaledwie półtora raza więcej, a oprócz większej mocy ma też funkcję ograniczania prądu.


Do testów przetwornicy użyłem jako źródła zasilacza opartego na RD6012, z prądem wyjściowym do 12 A.


Według opisu maksymalne napięcie wejściowe wynosi 30 V, ale moja przetwornica bez problemu pracowała również przy napięciu wejściowym 36 V i mocy 150 W.

1, 2. Przy napięciu wejściowym 30 V i bez obciążenia napięcie wyjściowe można regulować w pełnym zakresie, a potencjometr montażowy ma jeszcze niewielki zapas ruchu.
3, 4. Początkowo napięcie wyjściowe było ustawione na 22 V. Pobór prądu bez obciążenia wyniósł 4 i 5 mA, odpowiednio przy napięciu wejściowym 12 i 30 V.
5, 6. Ponieważ dioda sygnalizacyjna jest podłączona do wyjścia, ustawiłem minimalne napięcie wyjściowe i ponownie zmierzyłem prąd. Tym razem wyniósł 3 i 2,8 mA.




Testy obciążeniowe i pomiary sprawności przeprowadziłem z użyciem obciążenia elektronicznego EBC-A10H, więc maksymalny prąd obciążenia wynosił 10 A, a maksymalna moc 150 W. Aby ograniczyć wpływ styków i przewodów, przewody pomiarowe podłączyłem bezpośrednio do płytki przetwornicy, z pominięciem listwy zaciskowej.


Test obciążeniowy przy napięciu wejściowym 12 V i wyjściowym 5 V. Widać niewielki wzrost napięcia wyjściowego przy prądzie powyżej 7 A; do tej wartości napięcie było stabilne. Choć oczywiście nazwanie wzrostem zwiększenia napięcia o 30 mV to chyba lekka przesada.


Przy tym samym napięciu wyjściowym, ale napięciu wejściowym 30 V sytuacja wygląda nieco gorzej: napięcie wzrosło już o 0,18 V. Nie jest to może zupełnie źle, ale różnica jest wyraźna.


Przy napięciu wejściowym 24 V i wyjściowym 12 V wszystko wyglądało całkiem dobrze. Napięcie również wzrosło, ale tylko o 0,12 V, czyli o 1%.
Sprawdzałem też przy napięciu wejściowym 30 V, wyjściowym 15 V i prądzie 10 A — nie zauważyłem różnicy w porównaniu z opisanym wyżej przypadkiem.


Natomiast przy napięciu wejściowym 30 V, wyjściowym 24 V i prądzie 5 A lub większym napięcie wyjściowe zaczynało spadać. Ostatecznie przy prądzie 6,35 A i mocy 150 W różnica wyniosła 0,4 V.


Sprawność zmierzyłem w trzech trybach: 12–5 V, 30–5 V i 24–12 V. Najwyższą sprawność uzyskałem przy napięciu wejściowym 24 V i wyjściowym 12 V, a najniższą przy napięciu wejściowym 30 V i wyjściowym 5 V. Jednostka na osi poziomej odpowiada prądowi obciążenia 1 A.


Już podczas wstępnych testów zwróciłem uwagę na wyraźne nagrzewanie się przetwornicy, mimo to przeprowadziłem test termiczny.
W pierwszym trybie napięcie wejściowe wynosiło 12 V, a wyjściowe 5 V. Test przebiegał w trzech etapach: 20 minut przy prądzie 5 A, 20 minut przy 7,5 A i 5 minut przy 10 A. W tym ostatnim przypadku przerwałem test, ponieważ temperatura przekroczyła 110 stopni. Najgorętszy był dławik, ale nie powiedziałbym, że sterownik PWM pozostawał daleko w tyle. Myślę, że znaczenie miała też bliskość dławika i jego radiatora.


Przy napięciu wejściowym 24 V i wyjściowym 12 V przeprowadziłem test w dwóch trybach: 20 minut przy prądzie 5 A i 20 minut przy 7,5 A. Nie zwiększałem prądu bardziej, bo nawet w tym trybie temperatura wyniosła około 106–107 stopni.


Na koniec zmierzyłem amplitudę tętnień na wyjściu. Pomiar przeprowadziłem z kondensatorami 1 i 0,1 µF połączonymi równolegle z sondą.


Tutaj wyniki okazały się całkiem dobre. Oscylogramy zarejestrowano w trybie: napięcie wejściowe 12 V, wyjściowe 5 V, obciążenie 0, 2,5, 5 i 10 A. Nawet przy największym obciążeniu amplituda tętnień wyniosła 25 mV, a przy prądzie 5 A nie przekraczała 15 mV.


Sprawdziłem też inne tryby. Po lewej: napięcie wejściowe 30 V, wyjściowe 5 V, prądy 2,5, 5 i 10 A; po prawej te same prądy, ale napięcie wejściowe 24 V, a wyjściowe 12 V.
Nawet przy napięciu wyjściowym 12 V i prądzie obciążenia 10 A tętnienia wynosiły około 30 mV, co jest dobrym wynikiem jak na płytkę bez filtrów wyjściowych. Myślę, że dodanie filtra LC z łatwością zmniejszyłoby je jeszcze kilkukrotnie.


Wnioski.
No cóż, wyszło tak, że nie tylko nie planowałem pisać tej recenzji, ale w ogóle nie zamierzałem kupować tej płytki. Jak widać, słusznie, bo przetwornica właściwie niczym się nie wyróżnia i moim zdaniem wypada gorzej od wersji 20 A.
Nie spodobała mi się niska jakość montażu, jakieś zabrudzenia na płytce, zardzewiała śruba i słabe zaciski. Mimo to płytka bez problemu dostarcza prąd do 10 A i ma stosunkowo niski poziom tętnień, więc może się przydać w niektórych zastosowaniach.

Krótko mówiąc, można jej używać, ale lepiej dopłacić kilka dolarów i kupić płytkę 20 A.