DC-DC перетворювач, як це іноді буває.

Сьогодні я напишу не лише про товар, який тестував, а й про те, як іноді буває: плануєш одне, а виходить чомусь зовсім інше.
Коротше, кому цікаво — прошу під кат.

Нещодавно колега ksiman опублікував огляд «половинки» цього перетворювача — тієї самої платки, тільки без пристрою індикації, тож ці огляди певною мірою доповнюють один одного.
У коментарях я згадав, що також планую зробити огляд цієї плати. В огляді писалося, що все закінчилося не дуже добре (а точніше, зовсім погано). У мене теж усе було не надто гладко, хоча закінчилося краще, але про це трохи згодом, а поки перейду до огляду свого варіанта цього DC-DC перетворювача.

Коротше, побачив я такий собі маленький DC-DC перетворювач і захотів помацати, що він собою являє. Замовив для огляду, через деякий час отримав, але якось усе не було часу з ним розібратися, тож поки що відклав його.

Через деякий час нарешті дійшли руки: зробив кілька фотографій, помацав, оглянув.
Прийшов він у невеликому запаяному пакеті.


Сам по собі невеликий, розміром менший за сірникову коробку.
Водночас виробник заявляє такі характеристики:
Input voltage: 5V-30V
Вихідна напруга: 0.8V-29V
Вихідний струм: максимум 5A (за струму понад 3A потрібен радіатор)
ККД перетворення: 95% (максимум)
Частота перетворення: 300KHz
Пульсації на виході: 50mV (максимум)
Робоча температура: -40℃ to +85℃
Розмір: 51 x 26.3 x 114


З боків розташовані роз’єми для підключення до блока живлення та навантаження.
Зібрано акуратно, тут точно нічого поганого не скажу.


Зверху розташовані два підлаштувальні резистори: один регулює струм, другий, відповідно, напругу.
Струм регулюється в діапазоні 0.06-5.5 Ампера.
Напруга — в діапазоні 0.82-30 Вольт
Також біля підлаштувальних резисторів розташований червоний світлодіод, який сигналізує про перехід у режим стабілізації струму.


Зворотний бік плати, можна сказати, «голий»: є лише шунт у вигляді резистора опором 50мОм.
До речі, одразу зауважу: у пристроях такого типу, де тепло від мікросхеми відводиться на плату, для кращого теплопередавання зазвичай роблять багато металізованих перехідних отворів між сторонами плати. Тут цього, на жаль, не зроблено. Тому встановлення радіатора зі зворотного боку неефективне.


Як я вже писав вище, перетворювач складається з двох плат. DC-DC перетворювач нічим не відрізняється від перетворювача з огляду, згаданого вище. Відмінність цих двох модифікацій у тому, що до мого додали плату індикації.
Причому під’єднується вона через монтажні стійки.
Дві ліві — вхід плати перетворювача, дві праві, відповідно, вихід.
Таке підключення дає змогу контролювати вихідну напругу й вимірювати струм, що протікає.
Конструкція виходить дуже зручною та простою.


Перетворювач зібраний на ШІМ-контролері XL4005E1. Це ШІМ-контролер, розрахований на вихідний струм 5 Ампер і вхідну напругу до 32 Вольт.
Судячи з даташита, мікросхема дуже непогана, але, як показала практика, доволі «ніжна».
Також варто відзначити діод SK86: судячи з даташита, його максимальний струм становить 8 Ампер. Чесно кажучи, мені незрозуміло, як він може розсіювати потужність, що виділяється на ньому за такого струму.
Але в будь-якому разі виробник поставив доволі потужний діод — часто ставлять щось гірше.


На цьому фото видно частину, що відповідає за регулювання обмеження струму та індикацію завершення заряджання (праворуч видно два невеликі світлодіоди).



Зверху розташовані два індикатори.
Верхній, синього кольору, показує вихідну напругу: до 10 Вольт — у форматі 1.23, вище 10 Вольт — 23.4. Останній розряд показує символ — V
Нижній індикатор, червоного кольору, показує вихідний струм у форматі 1.23, останній розряд показує символ — А.
Ліворуч є роз'єм RX-TX. Це була одна з причин, чому я замовив цю плату: хотілося спробувати під'єднати її до комп'ютера, але, на жаль, нічого не вийшло :(
Призначення правого роз'єму мені взагалі незрозуміле.


Плату зібрано, скажімо так, на трієчку: начебто й нормально, але неозброєним оком помітна певна недбалість.


На платі встановлено:
Мікроконтролер 8s003f3p6
Зсувний регістр 74hc164 для керування індикатором
Імовірно, операційний підсилювач sgm8592y
Стабілізатор напруги 7130H


А тепер невеликий нюанс. Це вже друга плата: перша загинула смертю хоробрих під час тестування та підготовки огляду. Не можу точно сказати, від чого вона вийшла з ладу, але сталося це так: вхідна напруга була близько 28-29 Вольт, до виходу під'єднано резистор 10 Ом, я плавно підвищував напругу на резисторі за допомогою підлаштувального резистора плати, потім — невелике клацання, і на виході з'явилася вхідна напруга: пробило силовий транзистор.
Можливо, брак, можливо, якісь пульсації чи ще щось, але я б не радив сильно підвищувати вхідну напругу, хоча в даташиті й зазначено 32 Вольта, а максимальне значення — 35 Вольт.
Краще обмежити її рівнем 25-27 Вольт.
Після цього я замовив другу плату, адже до підготовки огляду вже було зроблено чимало.

Під час першого ввімкнення плата налаштована на вихідну напругу близько 5 Вольт. Струм — близько 1 Ампера.
На фото плату під'єднано до блока живлення на 24 Вольта з мого нещодавнього огляду.
Якщо викрутити підлаштувальний резистор регулювання напруги на максимум, то вихідна напруга без навантаження дорівнює вхідній.


Про плату особливо й розповідати нічого, тож перейду до тестування.
У тестуванні братимуть участь:
Плата, яку оглядаємо.
Блок живлення на 24 Вольта.
Безконтактний термометр
Осцилограф
Електронне навантаження
Ручка й папірець :)


Методика тестування була такою:
Вимірювали нагрівання та пульсації вихідної напруги за таких заданих значень напруги: 5-10-15-20 Вольт; для кожного значення напруги задавали струм навантаження 1-2-3 Ампера.
Спочатку вимірювали характеристики за напруги 5 Вольт і струму 1-2-3 Ампера з інтервалом 10 хвилин, після цього плата охолоджувалася до кімнатної температури, і цикл повторювався вже за наступного значення напруги. Загалом вийшло 12 вимірювань.
Динамічна індикація ускладнювала роботу: доводилося робити купу знімків, щоб потім вибрати такий, на якому видно якомога більше розрядів індикатора. Загалом частота перемикання розрядів індикатора досить низька, мерехтіння хоч і невелике, але помітне.
Під час першої перевірки без навантаження пульсації практично відсутні.
Дільник щупа осцилографа встановлено в положення 1:1.





Увесь цикл перевірки тривав близько 3.5 години.
Отримані температурні режими:
Контролювалася температура ШІМ-контролера, діода, дроселя та вихідного конденсатора.
Коли випробовував, вирішив перевірити на 3 Ампери, як було написано на сторінці магазину. Подумав: спалю — то й спалю, буде пара таких лежати. Але експеримент показав, що перетворювач витримав, а мікросхема не перейшла в захист; максимально досягнута температура ШІМ-контролера становила 110.2 градуса.



Отже, підсумок:
Плюси.
Акуратне виготовлення — не бездоганне, але цілком хороше.
Перетворювач пройшов перевірку за струму до 3 Ампер, хоча й із високими температурами.
Точність вимірювання струму й напруги цілком непогана, особливих нарікань не викликала.
Низький рівень пульсацій, максимум зафіксовано близько 60мВ за частоти роботи 300КГц.
Компактна конструкція.

Мінуси.
Сильне нагрівання за струмів понад 2-2.5 Ампер.
Слід обережно ставитися до перевищення вхідної напруги або встановити на вході захисний супресор.
Дросель намотаний тонким проводом

На мою думку, за струмів до 2 Ампер пристроєм цілком можна нормально користуватися. Трохи засмутило, що не зміг розібратися із сигналами RF/TX. Перетворювач цілком можна доопрацювати «малою кров’ю»: перемотати дросель товстішим проводом, зменшивши кількість витків приблизно в 1.5 раза, або замінити його на потужніший (це краще). Замінити діод на потужніший, а ще краще — винести його хоча б на зворотний бік плати: тепловий режим роботи покращиться.
Заявленого ККД у 95% навряд чи вдасться досягти, але думаю, що реальний десь поруч, із великим застереженням — за певного режиму роботи. За струму 3 Ампера на платі виділялося близько 4 Ватт тепла (орієнтовно), що означає дуже низький ККД за вихідної напруги 5 Вольт. Зі збільшенням вихідної напруги ККД поступово зростає, хоча у StepDown не мало б бути такої крутої залежності.
Загалом, що можна сказати: витратив гроші на запчастини, купу часу на складання плати БЖ і збирання всього цього докупи, але в результаті отримав БЖ із такими характеристиками:
Вихідна напруга — 0.85-24 Вольта.
Вихідний струм — 0.06-2.25 Ампера.
Негусто, але має право на життя; просто блок живлення можна було зробити не таким потужним.

Сподіваюся, надана мною інформація була корисною.

Товар надано магазином для написання огляду.