Малі перетворювачі напруги потужністю до 50 Вт із гальванічною розв’язкою

Не так давно я отримав чергову посилочку з Тао й потроху починаю публікувати огляди товарів, які в ній приїхали. Почну з невеликих плат перетворювачів, тим паче мене про них запитували.
У цьому огляді йтиметься про плати з вхідною напругою 36–75 Вольт і потужністю до 50 Ватт.


Відносно недавно я публікував огляд трьох плат перетворювачів із такими самими вхідними параметрами — 36–75 Вольт, так зване дистриб’юторське живлення. Це коли є дуже потужний блок живлення, часто на 48–60 Вольт, а всі вторинні напруги отримують уже від нього за допомогою невеликих перетворювачів. Також подібні напруги використовують у різному електротранспорті.
Тоді це були потужні моделі, здатні працювати з потужністю близько 200–300 Ватт, а тут простіший варіант — лише до 50 Ватт. Але, до речі, ті рішення були дешевшими, та під час замовлення з Тао через більшу вагу вони, найімовірніше, обійшлися б приблизно стільки ж.

Звісно, передбачаю запитання: ми ж бачили огляди плат перетворювачів у кілька разів дешевших, приблизно на 25–50 Ватт, чому ж тут так дорого?
Усе просто: ці плати мають гальванічну розв’язку й по суті є невеликими блоками живлення, але з нижчою вхідною напругою. Завдяки гальванічній розв’язці їхні виходи можна без проблем з’єднувати послідовно, щоб отримати інші напруги або двополярне живлення. Але, на мій погляд, найважливіше те, що ймовірність виходу з ладу через вигорання плати тут приблизно на пару порядків нижча, ніж у разі використання звичайних DC-DC Stepdown, а погодьтеся, це все-таки варте своїх грошей.

Перетворювачів я замовляв багато й різних, але сьогодні йтиметься про два, куплені в одного продавця. Узагалі в нього було три варіанти:
3.3 Вольта 15 Ампер
5 Вольт 10 Ампер
12 Вольт 4.1 Ампера

Не знаю, куди в господарстві застосувати 3.3 Вольта з таким струмом, а от 5 і 12 ближчі до потреб звичайного користувача, тож я замовив саме цю парочку. У магазині їх розрізняють за кольором відповідно до списку вище: синій, зелений, червоний. Щоправда, навіть зовні вони мають майже такі самі кольори, хоча, як на мене, плата на 12 Вольт радше жовта, ніж червона.


Посередник запакував їх у звичний пакет, а самі перетворювачі вставив у шматочок спіненого поліетилену.
Перше, що думаєш, коли їх бачиш, — які ж вони маленькі: розмір приблизно вдвічі менший за стандартну сірникову коробку.


Плати виготовила компанія ROAL Electronics. Модуль на 12 Вольт має маркування mod 223E, а на 5 Вольт — mod 223.
Така фірма справді існує, займається різними цікавими, але вузькоспеціалізованими блоками живлення, а також… світлодіодними драйверами. На жаль, мені не вдалося знайти даташит на цю серію модулів, та й з іншими серіями, опис яких теж не вдається знайти, така сама проблема.
Рік випуску — ймовірно, 2007 і 2004.


Відмінності між платами мінімальні й помітні переважно лише згори, та й то тільки у вторинній частині. Причому відмінності між моделями на 3.3 і 5 Вольт майже відсутні, але цього модуля в мене немає.


Навіть важать вони майже однаково й небагато, що важливо для замовлень із ТаоБао.


Кілька фото з різних ракурсів. Видно невеликі допоміжні трансформатори.


Силові клеми з боку виходу мають помітно більший діаметр, а самі перетворювачі розраховані на встановлення у спеціальні панелі для оперативної заміни.


Як і минулого разу, застосовано планарний трансформатор, обмотки якого сформовано за допомогою багатошарової друкованої плати. Про них я трохи докладніше розповідав у попередньому огляді.


Цікаво, що хоча модулі й мають гальванічну розв’язку, звичного оптрона зворотного зв’язку в них немає, зате є два трансформатори. Можу припустити, що все керування здійснюється через них із вторинного боку. У кожного трансформатора по 6 виводів, на вигляд вони цілком однакові.


На вигляд плати трохи потерті, а на фланцях силових транзисторів є невеликі сліди окислення. Можливо, вони лежали просто неба, хоч і в упаковках.
1. Первинна та вторинна сторони плати на 12 Вольт
2. Те саме, але на 5 Вольт.


Гаразд, не затягуватиму — перейду до тестів. Як і минулого разу, плати мають контакт керування. Для запуску його треба з’єднати з мінусовим контактом входу, тобто плата запускається активним нулем. Напруга на цьому контакті — близько 8 Вольт.

І, як і з великими платами, бачимо ту саму проблему, або «особливість»: великий струм споживання без навантаження.

Плата на 12 Вольт. Угорі — струм споживання в "сплячому" режимі, унизу — з активним виходом; вхідна напруга відповідно 36 і 62 В.
У черговому режимі все ще більш-менш непогано, а от 1.5-1.8 Вт у робочому режимі — якось забагато.


Наступні тести проводив із потужним блоком живлення, осцилографом та електронним навантаженням, мультиметр цього разу вирішив не використовувати. На тлі всього цього платка має зовсім мікроскопічний вигляд. :)


Перетворювач запускається за напруги 33 В, без навантаження вимикається, коли напруга знижується до 30 В. Заявлений робочий діапазон починається від 36 В, але за 33 В він здатен тягнути повне навантаження, хоча приблизно після 60% напруга починає трохи знижуватися.
На фото видно, що після запуску на виході помітні шуми, і це явно не мій блок живлення, адже до запуску все тихо.


Навантажувальна характеристика за вхідної напруги 36 В.


Те саме за вхідної напруги 62 В: напругу тримає ідеально. За струму навантаження 100 мА вихідна напруга становить 11.878 В, за 4.5 А (перевантаження 10%) — 11.85 В.


А от із пульсаціями на виході ситуація помітно гірша. Усі наведені далі осцилограми знімав у трьох точках — без навантаження, за 33%, 66% і 100% навантаження. На осцилографі було ввімкнено обмеження смуги 20 МГц, щуп установлено в положення 1:10 і ввімкнено відповідну корекцію.
Вхідна напруга 36 В. На останньому скриншоті мені навіть довелося збільшити В/поділ, інакше осцилограма просто не вміщалася на екрані.
Отже:
Без навантаження — 450 мВ п-п
33% — 900 мВ п-п
66% — 1.4 В п-п
100% — 1.5 В п-п


За вхідної напруги 62 В ситуація трохи краща, усі скриншоти зроблено в режимі 200 мВ/поділ.


Нагрівання — ось тут картина цікавіша. Річ у тім, що на сторінці магазину вказано: без охолодження максимум 15 Вт, і зроблено дуже прозорий натяк: є модулі, які мають таку саму потужність. Припускаю, підтекст такий — купіть модулі, які дешевші й забезпечать ті самі 15 Вт, а їх у продавця, найімовірніше, більше :)


Тест проводив на вже розігрітому модулі, після частини випробувань. Спочатку навантажив його на 15 Вт, потім зачекав хвилин 10 і ще раз перевірив температуру: максимум 60 градусів.


Гаразд, думаю, а якщо більше?
Навантажив на 25 Вт: через 8 хвилин температура становила 72 градуси. Мені це сподобалося, тож я збільшив потужність навантаження до 35 Вт. Ось тут він уже почав помітно нагріватися — до 97 градусів. Але все це без додаткового охолодження.


А що з ККД? Спочатку — проста табличка для чотирьох ключових точок: 25, 50, 75 і 100% навантаження:
Вхідна напруга 36 В
25% — 88,6%
50% — 91,6%
75% — 91,3%
100% — 90,0%

Вхідна напруга 62 В
25% — 86,5%
50% — 89,8%
75% — 90,1%
100% — 89,1%

Видно, що за низької вхідної напруги ККД трохи вищий. А ось кілька фото для крайніх ключових точок.


Плата на 5 В. Усі тести ідентичні попереднім, лише з поправкою на струм навантаження.
Споживання за різної вхідної напруги в черговому режимі та в робочому режимі без навантаження.


Стабільність вихідної напруги просто чудова і за вхідної напруги 36 В, і за 62 В.




Пульсації. Я потроху звикаю до нового осцилографа й сподіваюся, що так осцилограма виглядає зрозуміліше.
А от самі пульсації, звісно, великі й становлять:
За вхідної напруги 36 В:
Без навантаження — 800 мВ п-п
33% — 850 мВ п-п
66% — 1.2 В п-п
100% — 1.4 В п-п


За вхідної напруги 62 В ситуація стала ще гіршою, хоча в попереднього перетворювача було навпаки. Перші три скриншоти — 200 мВ/поділку, четвертий — 500 мВ/поділку.


Вхідна напруга під час тестування становила 48 В.
За потужності навантаження 15 Вт (струм 3 А) температура така сама — 60 градусів.


А за потужності 25 Вт і 35 Вт температура на пару градусів вища, ніж у версії на 12 В.


І, звісно, вимірювання ККД.
Вхідна напруга 36 В
25% — 89,3%
50% — 91,3%
75% — 90,7%
100% — 89,2%

Вхідна напруга 62 В
25% — 87,8%
50% — 90,4%
75% — 89,5%
100% — 88,6%

У середньому приблизно однаково: трохи краще в одному режимі, трохи гірше в іншому. Але зверніть увагу: у діапазоні навантаження 2,5–10 А та вхідної напруги 36–62 В вихідна напруга стоїть як укопана.


І як же без спільного фото в порівнянні з потужнішими «побратимами» :)


А це блок живлення, призначений для живлення таких і подібних модулів: потужність до 2000 Вт, напруга 48 В. Окрема подяка одному з моїх постійних читачів за такий подарунок :)


Що ж написати у висновках? Для початку — обидва перетворювачі працюють, і це вже добре. При цьому без додаткового охолодження вони забезпечують до 25 Вт, а з невеликим обдуванням — до 35 Вт. Повну потужність тривалий час можна знімати вже за нормального охолодження. Короткочасно легко віддають свої 50 Вт із дуже хорошою стабільністю вихідної напруги за вхідної напруги точно від 36 до 62 В.
Єдине зауваження — пульсації вихідної напруги: вони справді великі, і я б не став використовувати перетворювач без додаткового LC-фільтра на виході, принаймні для більш-менш чутливих навантажень.
Перевага таких перетворювачів — повна гальванічна розв’язка та вища безпека для навантаження, яке вони живлять.

Загалом дуже корисна штуковина. Якщо купувати на Тао, то вигідно або додавати до якогось замовлення, або відразу купувати багато — тоді ціна буде дуже навіть непоганою. Тим паче, що вони дуже легкі: на кілограм припадає близько 70 штук, а отже, навіть за вартості доставки $20 за кг виходить $4.5 за штуку.