DPH5005, регульований перетворювач напруги з універсальним входом

Це вже третій огляд продукції RuiDeng, який я публікую, але насправді оглядів їхньої продукції досить багато, тож сьогодні я спробую трохи доповнити попередні огляди, тим паче що цей перетворювач цікавий сам по собі.
Як завжди, огляд, тести, трохи теорії та висновки.


Наприкінці огляду — інформація про знижки в магазині Магазин RD official store на 11.11

Оскільки оглядуваний перетворювач здебільшого схожий на іншу модель — DPS5020, про яку я розповідав раніше, огляд буде трохи скороченим, а основну увагу я приділю тестам і відмінностям від моделі, показаної раніше. Також, найімовірніше, згадуватиму й іншу модель — DPS8005, яка теж схожа, хоча й помітно менша.


Замовляв я не лише перетворювач, а й корпус до нього. Щоправда, чомусь думав, що буде друга модель корпусу, але так склалося, що зрештою отримав той, про який уже розповідав. І знову пакування у велику коробку з пінопласту — за це залік, пошкодити її досить складно.
Сам перетворювач упакований у стандартну коробочку, на якій зазначені всі моделі, що випускаються, і контакти виробника. Щоправда, трохи дивно бачити на ній рекламу двох уже дещо застарілих моделей — DPS5015 і DPH3205.


Перетворювач лежить у звичному лотку зі спіненого поліетилену, у комплекті також є інструкція.


Замовляв повний комплект: перетворювач + модуль Bluetooth і модуль USB. Загалом у магазині є три варіанти комплектації:
1. Лише перетворювач — $36.94
2. Перетворювач + USB-конвертер — $39.94
3. Перетворювач + USB + Bluetooth — $42.94

Звісно, кожен вирішує сам, але я б обрав другий або третій варіант.


Інструкція китайською та англійською мовами, хоча більшість зрозуміло інтуїтивно.


Особисто для мене найважливішим був список технічних характеристик. Крім того, може стати в пригоді опис підключення, хоча тут усе зрозуміло й за позначеннями на платі.

Короткі технічні характеристики:
Вхідна напруга — 6–50 В
Вихідна напруга — 0–50 В
Вихідний струм — 0–5.1 А
Вихідна потужність — до 250 Вт
Максимальний вхідний струм — не більше 10 А.
Розмах пульсацій на виході — до 100 мВ п-п
Довжина проводів до модуля керування — 200 мм.
Крок установлення напруги — 0.01 В
Крок установлення струму — 0.001 А
Точність установлення напруги — +/- 0.5% + 2 молодші розряди.
Точність установлення струму — +/- 0.5% + 3 молодші розряди.

Ви, мабуть, помітили дивний пункт у характеристиках — «Максимальний вхідний струм — не більше 10 А». Цей параметр означає, що вхідний струм не може перевищувати це значення. А оскільки на платі є підвищувальний перетворювач, то, наприклад, за вхідної напруги 12 В на виході можна отримати 2 В і 5 А, але 30 В і 4.5 А — вже ні.

Річ у тім, що ця модель відрізняється тим, що може як підвищувати, так і знижувати вихідну напругу відносно вхідної. Власне, тому в заголовку й зазначено — з універсальним входом.


Модуль керування та індикації точно такий самий, як у DPS5020.
Керування
1. Три кнопки
Вгору — переміщення меню, зміна параметра, увімкнення режиму зміни напруги. Тривале утримання активує першу комірку пам’яті.
SET — вхід у режим налаштувань і вихід із нього; тривале утримання показує комірку М0 і скидає налаштування до початкових значень.
Вниз — переміщення меню, зміна параметра, увімкнення режиму зміни струму. Тривале утримання активує другу комірку пам’яті.

2. Екран, на який виводяться параметри, а також меню керування.
3. Енкодер, за допомогою якого змінюють параметри. Енкодер із кнопкою: натискання змінює крок регулювання (на головному екрані) та активує пункт меню (у режимі налаштувань), а тривале натискання блокує або розблоковує керування.
4. Кнопка ввімкнення виходу


Усередині, крім дисплея, кнопок та енкодера, нічого немає — контролер розташований на основній платі.


Роз’єми підписані, їх під’єднують до однойменних роз’ємів на основній платі.
Ручка енкодера зсередини має додаткову ізоляцію: у ранніх версіях траплялися збої, коли торкалися металевої ручки.


Плата на перший погляд і схожа на DPS5020, але насправді відмінностей у неї набагато більше, ніж може здатися спочатку. До якості виготовлення особливих претензій немає, усе досить акуратно.


На вході встановлено чотириконтактний роз’єм, поруч із ним видно транзистор, імовірно, для захисту від переполюсування живлення.


З іншого боку видно запобіжник на 20 А, струмовимірювальний шунт першого перетворювача та його дросель.


Дві діодні збірки MBRF20100CT встановлено на радіатор: одна працює в першому перетворювачі, друга — у другому.
Уже на цьому етапі можна помітити дещо дивне, про що я розповім пізніше. До речі, цікаво, чи помітить хтось іще цю дивину і, якщо так, то на якому етапі огляду :)


На виході — другий дросель, трохи менший за перший, але тут також є запобіжник і чотириконтактний роз’ємний клемник.


І, звісно, другий шунт, адже на платі два перетворювачі. Цей шунт є основним: на ньому вимірюється вихідний струм перетворювача.


Основних конденсаторів аж шість, спробую пояснити, за що відповідає кожна пара:
1. Перша пара (зліва направо) — на вході плати, 2х330 мкФ
2. Друга пара — встановлена між першим і другим перетворювачами, 2х470 мкФ
3. Третя пара — на виході другого перетворювача, тобто на виході плати, 2х330 мкФ.

Усі конденсатори розраховані на 63 В.


Допоміжні перетворювачі напруги, стабілізатори, ШІМ-контролери та мікроконтролер.


Крім того, з’ясувалося, що під радіатором є ще компоненти. Щоправда, для цього довелося не лише відкрутити його, а й відклеїти.


Радіатор приклеїли до пари транзисторів чимось схожим на силіконовий герметик, але сірого кольору. Найімовірніше, це такий різновид теплопровідної пасти.


Радіатор і вентилятор точно такі самі, як у DPS5020. Працює він відносно тихо, є термоконтроль, тому вентилятор вмикається лише за значного навантаження.


Оскільки вдруге встановити радіатор на цей силікон уже не вийде, зчищаю його.


Ліворуч — транзистор першого перетворювача, AOD2810, N-канальний польовий, 80 В, 46 А, 8.5 мОм. На платі є місце для другого транзистора, увімкненого паралельно першому, тож цілком можливо, що з’явиться ще одна версія перетворювача або його можна буде доопрацювати самостійно, збільшивши максимальний вхідний струм і тим самим звузивши діапазон вхідної напруги, за якого доступна повна вихідна потужність.
Праворуч — транзистор другого перетворювача — AOD409, P-канальний польовий, 60 В, 26 А, 40 мОм. На мій особистий погляд, цей транзистор підібрано впритул, і значно доречніше було б встановити тут щось із вищою допустимою напругою, наприклад на 80 В.


А тепер поясню, до чого було запитання про уважність. Якщо ви не помітили на попередніх фото, пояснюю: на платі встановлено діодні збірки в повністю ізольованих корпусах, і при цьому їх прикручено до радіатора через ізоляційні прокладки, а сам радіатор повністю ізольований від усього.
Звісно, це все чудово, але погіршує відведення тепла. Оскільки я зняв клей, то зрештою встановив діодні збірки на пасту, а також наніс її на силові транзистори перетворювачів. Рекомендую зробити так само тим, хто придбав такий перетворювач.


Досить значну частину плати займає вузол допоміжних перетворювачів і стабілізаторів. Він живить усе: мікроконтролер, операційні підсилювачі, дисплей та інші ШІМ-контролери.


Інші компоненти друкованої плати:
1. Мікроконтролер, такий самий, як у DPS5020
2. TL594 — ШІМ-контролер, що керує роботою другого перетворювача.
3. Здвоєний операційний підсилювач Rail-to-Rail SGM8582, імовірно, відповідає за вимірювання струму й напруги.
4. Схоже на невеликий операційний підсилювач, а оскільки його встановлено поруч зі струмовимірювальним шунтом, то, найімовірніше, він призначений для підсилення сигналу з нього.
5, 6. Запобіжники на вході й виході. Також біля вихідного запобіжника є світлодіод, увімкнений паралельно до нього. Трохи дивно, що на платі є запобіжники F1 і F3, а F2 немає.


Знизу все чисто й акуратно.


Крім усього іншого, на платі є ще й додаткова платка, на якій встановлена ще одна мікросхема. Не знаю, звідки пішла інформація, що ця плата відповідає за живлення контролера, щось покращує та стабілізує, але можу однозначно сказати, що це не так.


Ця мікросхема — не що інше, як звичайний ШІМ-контролер — LTC1871EMS


Працює на частоті від 50 кГц до 1 МГц, дає змогу будувати як підвищувальні, так і універсальні перетворювачі SEPIC. Але в цьому випадку він працює зовсім не як SEPIC, як можна було б припустити, а як звичайний StepUp.
До того ж ця мікросхема вміє вимірювати струм силового ключа без шунта. Я навіть хотів посварити розробників RuiDeng, але потім зрозумів, чому вони не стали використовувати цю функцію: їм потрібно було контролювати струм мікроконтролером.


У підсумку першим (підвищувальним) перетворювачем керує LTC1871EMS, а другим, як і в DPS5020, — TL594. Фактично можна сказати, що це DPS5020, тільки не на 20, а на 5 А, у якого на вході стоїть підвищувальний перетворювач.

Спрощена схема силового вузла має приблизно такий вигляд.
Цілком можливо, ви запитаєте: а чому не можна просто регулювати підвищувальний перетворювач?
Можна, але є одна проблема: у такому вигляді вихідна напруга ніколи не буде нижчою за вхідну мінус падіння напруги на діоді D1. Звісно, можна замінити його транзистором і зробити синхронний випрямляч, але тоді виникають інші пов’язані з цим складнощі.
Крім того, можна встановити перетворювач SEPIC, але й у нього є проблеми, пов’язані з розділовим конденсатором, схильним до пробою.


Виходить, що спочатку вхідна напруга 6–50 В надходить на перший перетворювач (T1, L1, D1), підвищується до 54.5 В, а потім іде регульований знижувальний перетворювач (T2, L2, D2) з вихідною напругою 0–50 В.
ККД такого рішення компенсується простотою, а точніше тим, що фактично це просто два незалежні перетворювачі.
До речі, хоча виробник і заявляє вхідну напругу від 6 В, я б не радив використовувати напругу нижче 10–12 В. У такому разі ви отримаєте близько 100 Вт вихідної потужності, а для отримання заявлених 250 Вт потрібно вже понад 26–27 В.

Напруга на середніх фільтрувальних конденсаторах.


Підключити плату дуже просто: два шлейфи до модуля індикації та керування, USB- або Bluetooth-модуль — у свій роз’єм.


До речі, про USB і Bluetooth. Тут вони точно такі самі, як у DPS8005, DPS5020 та подібних пристроях. При цьому USB-модуль має гальванічну розв’язку, а Bluetooth-модулю вона, зі зрозумілих причин, не потрібна.


Про всяк випадок — фото того, як підключати.


На вході й виході встановлені чотириконтактні роз’ємні клемники. На мій погляд, могли б поставити й кращі, адже тут затиск спрощений, а не «ліфтового» типу, що менш надійно.



Для живлення цього перетворювача планував використати блок живлення на 24 В, 300 Вт, який, за задумом, мав підійти із запасом.


Єдина проблема полягала в тому, що для отримання повних 250 Вт на вході потрібно мати щонайменше 26–2.5 В, а краще — більше.
Щоб трохи підвищити напругу, знайшов на платі коло зворотного зв’язку, яке треба трохи підкоригувати.


Ліворуч — ділянка схеми, що відповідає за зворотний зв’язок; нумерація та номінали елементів — як на оригінальній схемі.
Щоб збільшити вихідну напругу, треба або збільшити номінал R13, або зменшити номінали R14 та/або R15. Як варіант, замість R15 можна встановити підлаштувальний резистор на 470 Ом.
Завдання кола зворотного зв’язку — підтримувати напругу 2.5 В у зазначеній точці, відповідно, подільник має бути таким, щоб забезпечити цю напругу за потрібної вихідної напруги.

Зменшити номінал резистора простіше, ніж збільшити: можна просто припаяти новий резистор паралельно встановленому, і вихідна напруга підвищиться. На схемі цей резистор позначений як Rx; його можна встановити не паралельно показаному колу, а до одного з резисторів R14 або R15.


Я прикинув, як зміниться напруга при повному закороченні резистора R15. Виходило, що підвищення буде не надто великим, тож я просто закоротив його дротинкою. У підсумку отримав трохи більше, ніж треба, — близько 27,3 В.
Можна було б так і залишити, але що більша різниця між початковою та зміненою напругою, то гірше працює блок живлення. Тож замість перемички довелося припаяти резистор номіналом 24 Ом, після цього отримав те, що хотів, — 27 В.


Підключаємо, запускаємо — працює.


Версія прошивки 1.6, як і в DPS5020 з попереднього огляду. Власне, тут усе абсолютно так само, як у DPS5020, відмінність лише в максимальному вихідному струмі: тут він становить 5,1 А, а не 20, як у DPS5020.


Повний опис керування є в огляді плати DPS8005, тут же наведу частину тексту з ілюстрацією.


Оскільки версія прошивки така сама, як у DPS8005 і DPS5020, зауваження теж ті самі.




І, звісно, тести.
Першою йде перевірка точності вимірювання вхідної напруги.
1, 2. Плата запускається за напруги близько 4 В, але на екрані майже нічого не видно.
3. За напруги 5 В працює вже досить упевнено, але для нормальної роботи вхідна напруга має бути не меншою за 6 В.
4–8. Далі, загалом, усе нормально: є невелике завищення результату вимірювання. За напруги 50 В вольтметр завищує покази на 0,06 В. Думаю, це не критично, оскільки цей параметр пристрою не нормований.


А ось точність установлення вихідної напруги набагато критичніша.
Тут я піднімав напругу на виході перетворювача від 0,5 В до 50 В. У всьому діапазоні вихідна напруга трохи занижена, причому занижена саме напруга, яку встановлює перетворювач, а вбудований вольтметр вимірює більш ніж коректно.
На фото на виході встановлено 0,5; 1,0; 2,0; 3,3; 5,0; 7,5; 10,0; 12,0; 15; 20; 30; 35; 40; 45; 50 В.


Зі струмом ситуація протилежна: плата трохи завищувала покази, причому здебільшого завищеним був саме струм на виході, а не покази вбудованого амперметра — він якраз показував досить точно.
На фото встановлено струм 1, 10, 50, 100, 500 мА, 1, 2, 3, 4, 5, 5,1 А. За малих струмів (до 50 мА) завищення вихідного струму досить велике.


Четвертий тест — вимірювання точності підтримання вихідної напруги залежно від навантаження: ліворуч напруга без навантаження, праворуч — під навантаженням 5 А, тобто майже максимальним.
Здивувало, що плата трохи підвищує напругу під навантаженням за малих значень і водночас занижує її за великих.


Крім того, з якихось причин за вихідної напруги близько 12 В під навантаженням напруга трохи коливалася в діапазоні 11,88–12,02 В, але тут мені важко точно сказати, що спричинило цю особливість.


П’ятий тест — вимірювання рівня пульсацій на виході плати. Використовувалося пряме підключення до вихідних клем, плата живилася від блока живлення 24 В, 300 Вт із підвищеною до 27 В вихідною напругою.


Вхідна напруга — 27 В, вихідна — 25 В, струм навантаження — 0, 1, 2, 3, 4, 5 А.
За струму навантаження 5 А розмах пульсацій сягнув заявленого максимуму — 100 мВ.


А тепер трохи інший тест: вхідна напруга та сама — 27 В, але струм навантаження всюди 5 А, а змінювалася вихідна напруга —
3,3; 5,0; 12,0; 50 В. Тут картина помітно краща: виходить, у попередньому тесті я натрапив саме на найгірший варіант, коли вихідна напруга становить половину від максимальної.
Максимальний розмах у цьому тесті становив близько 75 мВ за напруги 12 В.


Груба оцінка ККД за різних вихідних напруг. Вхідну напругу можна побачити на екрані перетворювача в рядку V-IN, струм — на екрані мультиметра. Усі фото в огляді можна збільшити, натиснувши на них. Без навантаження плата споживає дуже мало — лише 22 мА за напруги 27 В.
Отже, за вхідної напруги близько 27 В і струму навантаження близько 5 А ККД становив:
2. 5 В — 78%
3. 12 В — 88%
4. 24 В — 92,5%
5. 35 В — 94%
6. 50 В — 94,7%

ККД був цілком передбачуваним: за низьких напруг він помітно просів, але вже за 12–24 В вийшов на цілком нормальний для такого пристрою рівень, особливо з огляду на подвійне перетворення.


Шостий тест — оцінювання нагрівання перетворювача.
Спочатку плату запускали приблизно на 20 хвилин за вихідної потужності 50% від максимальної, потім — за 100%, точніше, за 98%, оскільки струм становив 5 А замість максимальних 5,1 А. Моє навантаження працює в режимі CC, і я не можу підняти струм до максимально можливого. На вході було, як і раніше, 27 В, тобто мінімально необхідна напруга для забезпечення 250 Вт на виході.


Термознімок після 20 хвилин тесту на 50% і ще майже 20 хвилин зі струмом 100%. На мій погляд, усе просто чудово: найбільше нагріваються діодні збірки, але навіть вони нагрілися максимум до 56 градусів.


А це термознімок блока живлення після 40 хвилин тестування, але з невеликим і тихим вентилятором (60 мм), установленим біля вихідного дроселя й спрямованим на силовий трансформатор. Видно, що нагрівання суттєво зменшилося й сягнуло максимуму 62 градуси. При цьому тепловізор частково зафіксував 62 градуси від вихідного резистора.
Сам же вихідний резистор, який не охолоджувався, нагрівся до 120 градусів. Рекомендую замінити його на резистор номіналом 1 кОм, спочатку встановлено 560 Ом.



Тепер можна перейти до встановлення плати в корпус, процес докладно описано у цьому огляді, тому тут коротко.
Взагалі спочатку була думка взяти модель DPS5005 з такими самими вихідними характеристиками, але в компактнішому варіанті, зібрати власний компактний БЖ потужністю 250 Вт і розмістити всю конструкцію в рідному корпусі, але з якихось причин мені його не дали, тож встановлюватимемо DPH5005, який помітно більший і займає майже весь простір корпусу.

Посилання на корпус, ціна $23.37 (варіант 2).


Корпус спеціально призначений для перетворювачів серій DPH і DPS. Є й другий варіант корпусу, хотів його випробувати, а зрештою отримав той самий, що й минулого разу :)


У комплекті є все необхідне для складання: вентилятор, плата живлення, дроти, гвинтики, гайки, клеми, вимикач тощо.


Спочатку встановлюємо клеми, вентилятор, плату USB-конвертера та приклеюємо ніжки. Зазвичай ніжки клеять наприкінці, але краще зробити це відразу, адже знизу корпусу виступають головки гвинтів і можна подряпати стіл.


Потім припаюємо дроти. Як і минулого разу, є три зауваження:
1. У комплекті не було роз'єму для підключення вентилятора, тож я просто припаяв два виводи від деталей і використав їх як штирі роз'єму. Варіант, звісно, страшенно кустарний, але вдома чомусь не залишилося таких роз'ємів.
2. Отвори в друкованій платі для дротів до вимикача мають малий діаметр, тож реально використати дріт 0.75 мм, ну, може, якщо дуже постаратися, то 1 мм.
3. Дроту дали мало, зовсім впритул. У мене зрештою залишилося близько 5 см червоного, і все. При цьому вимикач я підключав власним дротом. Звісно, можна обійтися й комплектним, але буде зовсім натягнуто.

Комплектний дріт має переріз 2.5 мм², якість дуже хороша.


Встановлюємо плату, підключаємо силові дроти. Як і минулого разу, можу порадити зняти штатний радіатор із вентилятором, встановити радіатор більшого розміру, а вентилятор підключити до штатного роз'єму плати — буде помітно тихіше.


Встановлюємо модуль керування та індикації, дроти від нього запихаємо куди доведеться акуратно вкладаємо, а заразом підключаємо USB-конвертер.


Можна підключити й Bluetooth-адаптер, але в металевому корпусі він буде значною мірою екранований, і дальність роботи суттєво зменшиться.


Закриваємо конструкцію кришкою — і все. До речі, цього разу складання пройшло акуратніше: отвори для гвинтів збіглися без проблем, а щілина між кришкою та передньою панеллю була меншою.

Підключаємо блок живлення та перевіряємо.


Немає особливого сенсу докладно описувати ПЗ: зручне, інтуїтивно зрозуміле. Головне спочатку перевіряти без навантаження, щоб ненароком його не спалити.
Завантажити ПЗ, драйвер USB-конвертера, а також інструкцію й опис протоколу можна за цим посиланням.




Також не виникло проблем і з ПЗ для Android, але, звісно, тут підключення вже через Bluetooth.
Встановлюємо apk, у налаштуваннях Bluetooth самого телефона підключаємося до знайденого адаптера RuiDeng, пароль 1234.
Після цього запускаємо ПЗ, вибираємо у списку адаптер RuiDeng — і все. Але, як на мене, ПЗ для Windows працює краще з погляду швидкості відгуку.


Альтернативний варіант — використати корпус Excellway® моделі EF01, його докладно описано у цьому огляді.
У такому варіанті всередину легко помістяться і блок живлення, і плата перетворювача. Крім того, Bluetooth працюватиме краще, та ще й залишиться трохи вільного місця для якогось окремого перетворювача з фіксованою напругою.


Кілька слів про особливості DHP5005.
Звісно, потужність у нього не дуже висока, але загалом її вистачає на більшість потреб радіоаматорів. Головна перевага — можливість використовувати різні блоки живлення, наприклад на 36–48 В або 24 В, переналаштований на 27 В.
До речі, щодо живлення: виробник рекомендує подавати на вхід 28 В, щоб отримати повну потужність. Мої випробування показали, що вже за 26 В плата видає на виході до 250 Вт, щоправда, вхідний струм трохи перевищує 10 А. За 27 В усе працює чудово. Можна було б, звісно, підняти напругу до 28 В, але мені просто стало шкода блока живлення, адже нормальним вважається відхилення до 10% — це 26,4 В, а 15% (27,6 В) — це вже, мабуть, максимум. Фірмові блоки живлення зазвичай витримують і більше, але з безіменним є ризик його спалити.


Що можна сказати про сам перетворювач.
Калібрування дуже непогане. Є невеликі зауваження щодо стабільності напруги під навантаженням за вихідної напруги 12 В, але з цим я планую розібратися окремо — можливо, тут є якась особливість мого тесту.
Пульсації в найгіршому випадку становили заявлені 100 мВ п-п, в інших режимах роботи були приблизно в півтора-два рази меншими.
Плата нагрівається дуже слабо, тому я й рекомендую під час встановлення в корпус не використовувати вентилятор плати, а обійтися корпусним, але, звісно, збільшити розмір радіатора.
До речі, щодо радіатора: в огляді я згадував, що краще зняти його, зчистити герметик і замінити термопастою. З огляду на невелике нагрівання цього можна й не робити, але, на мій погляд, із пастою все-таки краще.

Загалом це цікавий перетворювач, але якщо у вас є блок живлення на 48 В, я б радше рекомендував переналаштувати його на 54–55 В і використовувати з платами серії DPS. Модель, яку я оглядав, підійде радше тим, кому достатньо потужності 250 Вт і хто має під рукою блок живлення на 24–36 В або нижче ніж 24 В, але тоді вихідна потужність буде меншою.

Є певна дивина щодо обмеження вхідного струму на рівні 10 А. Думаю, цілком можна було б установити паралельно до ключового транзистора підвищувального перетворювача ще один — тим паче, що на платі є місце — і отримати, наприклад, не 10, а 15 А. Тоді за напруги 12–14 В (наприклад, від акумулятора) було б уже не 100–120 Вт, а 150–180, що значно корисніше. Але виробник вирішив по-своєму, на жаль.

На цьому в мене все. Сподіваюся, огляд був корисним, і, як завжди, буду радий відповісти на запитання.