Перетворювач напруги + модуль керування із симпатичним дизайном

Не так давно на Таобао мені трапився цікавий комплект, хоча правильніше сказати — не комплект, а плата керування перетворювачем, адже її продають і окремо. Цікавість узяла гору, і я вирішив замовити її собі на пробу. До того ж із цим пов’язана ще й корисна історія про продавця. Загалом, краще прочитати про це в огляді.


Я дуже люблю перетворювачі, почасти тому, що їх у мене побувало вже чимало. І тут мені трапився варіант, якого я раніше не бачив, але який зацікавив мене не лише описом — він якраз був скупий, — а й відеодемонстрацією роботи, викладеною продавцем. Працює швидко, вигляд приємний, дисплей великий, на відміну від різних DPS, але, як завжди, «був один нюанс» — усе китайською.
Загалом, вирішив написати продавцеві, і він майже відразу відповів. А запитав я ось що: друже, побачив у тебе класний пристрій, є лише одна проблема — мені б такий самий, але з перламутровими ґудзиками англійським меню. Спочатку продавець почав писати, мовляв, ні, навряд чи, це взагалі моє хобі, а на Тао я так, попутно. Думаю: о, клас! Пишу, мовляв, я теж займаюся подібними речами, давай, може, вийде, я в тебе вірю!
У підсумку продавець, який, як я розумію, є розробником, за пару вільних вечорів переклав усе меню англійською і, більше того, продемонстрував усе на відео. Єдине, поскаржився, що китайські позначення коротші, а англійські нормально не вміщаються :(


Пишу, що мене все влаштовує, чудово. Також написав, що купуватиму не сам, а через посередника, і ми домовилися, що під час замовлення я вкажу «кодову фразу» — for kirichblog, а він надішле потрібний варіант. Далі все пішло як по маслу: посередник замовив, продавець відправив, через деякий час я отримав посилку — і тепер ділюся враженнями.

Пакування стандартне: антистатичний пакет і звичайний пакет. Пакетів два, бо насправді це два різні лоти — перетворювач і плата керування. Але спочатку, звісно, уточнив у продавця сумісність, щоб потім не було пригод.


Ось повний комплект: перетворювач, плата керування та дроти для з’єднання всього цього докупи.


Почну, мабуть, із перетворювача. Невелика й акуратна платка, коштує трохи більше ніж 5 доларів, доставка до посередника — ще 3 долари, але це за обидва товари разом — посилання.
Заявлені характеристики (місцями — машинний переклад):
Вхідна напруга — 12–50 В, рекомендована — 36–45 В
Вихідна напруга — 0–30 В (за умови, що вихідна напруга вища за потрібну)
Вихідний струм — 0–7.5 А
Топологія — Buck
Частота перетворення — 58 кГц
Вхід для регулювання струму/напруги — 0–5 В.
Незалежний захист від перевищення струму: якщо струм перевищує встановлене значення більш ніж у 2.3 раза, захист має спрацювати не пізніше ніж за 0.1мкс.
Функція плавного запуску
Початкове зміщення виходу: -0.5 В
Пульсації на виході: <50 мВ pp (вхід 36 В, вихід 30 В, 7 А)
Рівень вихідного шуму: <80 мВ pp, умови тестування: 0,5 м витої пари, смуга пропускання 20 МГц
Коефіцієнт передавання синусоїди 100 Гц: менше 1/10000
Залежність вихідної напруги від зміни вхідної: менше 1% за вхідної напруги DC20V-50V, вихід 15V3A
Залежність вихідної напруги від зміни навантаження: менше 10 мВ за вхідної постійної напруги 36 В, вихідної напруги 30 В і зміни навантаження від нуля до 6 А
Стабільність постійного струму: менше 1,5% + 8 мА
Типовий ККД:
Вхід 36В, вихід 30В 7.0А 96%
Вхід 36В, вихід 12В 7.0А 90%
Постійна напруга — час відгуку за постійного струму: менше 0,7 мс. Умова випробування: вхідна напруга 20 В, налаштування виходу 6 В, 5 А. Навантаження — резистор 1 Ом; навантаження перемикають на стабільний час.
Постійний струм — час відгуку за постійної напруги: менше 0,4 мс. Умови випробування: вхідна напруга 20 В, вихідна напруга 6 В, навантаження 5 А має опір 1 Ом; після вимкнення навантаження миттєва потужність викиду еквівалентна часу розрахунку.
Розміри: довжина * ширина * висота 6,8 см * 5,5 см * 5,3 см


Проводи підключення, схоже, призначені для плати керування, але, оскільки роз’ємів багато, продавець під’єднав їх до плати перетворювача, щоб не переплутати. Плата керування під’єднується одним широким роз’ємом, червоний і чорний дроти — живлення плати керування.
Дроти мені заважали, тож довелося тимчасово їх від’єднати. А щоб не переплутати, позначив роз’єми маркером.


Перетворювач можна використовувати повністю окремо — власне, спочатку його саме так і задумували. Тож охочі покрутити «крутилки» можуть використовувати його і так. Картинка зі сторінки товару.


На вході є два нормальні роз’єми з надійною фіксацією дроту. А от шунт мені не дуже сподобався, але до нього я ще повернуся.
Конденсатори 470мкФ 50 В, один на вході, два на виході. Рекомендую замінити їх на щось відоміше й якісніше.


Перетворювач простий і побудований на класиці — TL494, також на платі знайшлося місце й для ОП LM358. Але мені сподобалося не це, а гарне трасування: компоненти буквально упаковані — клас.
Є ще невеликий бонус: на платі встановлено два світлодіоди, що показують режими CC/CV, яких категорично бракувало на платах DPS/DPH. Звісно, ця індикація виведена на дисплей, але практика показує, що в деяких ситуаціях звичайний світлодіод набагато зручніший.


Дросель відносно невеликий, але й потужність перетворювача становить лише близько 250 Вт. Силові елементи встановлені на радіаторі. Знімати його не став, бо він припаяний до плати, але на платі й так написано, що там встановлено:
Польовий транзистор — P55NF06
Діодна збірка — 2560CT
Біполярний транзистор — H669.

Ключова відмінність — транзистор N-канальний, а оскільки на платі немає мікросхеми драйвера верхнього плеча, то, найімовірніше, його реалізовано на дискретних елементах. Ні, звісно, я знаю, як це робиться без мікросхем, сам неодноразово робив такі драйвери, але якось незвично.
Другий транзистор не прикручений до радіатора, хоча це можна без проблем зробити: виводи транзисторів за схемою з’єднані, тож ізолювати їх від радіатора не потрібно. Цей транзистор стоїть у стабілізаторі на 9 В для живлення ШІМ-контролера та решти схеми.


Знизу, як завжди, трохи флюсу, трохи не надто гарного паяння, а загалом усе нормально.


Плата керування, звісно, коштує значно дорожче — близько 32 доларів: посилання.
Короткі характеристики зі сторінки товару.
Діапазон регулювання: 0--30 В, 0-7,5 А (МАКС. 32 В, 8 А)
Точність встановлення: 0,003 (залежно від калібрування та умов використання фактична похибка керування менша за це значення)
Точність вимірювання: 0,002


З органів керування — пара кнопок і натискний енкодер.


Дисплей не прикручений, під ним лише кілька танталових конденсаторів.


Усі інші компоненти розташовані на зворотному боці плати, і їх тут доволі багато.


Аналогова частина: пара операційних підсилювачів і формувач від’ємного полюса живлення. ОП живляться двополярною напругою.


Усім керує 32-бітний мікроконтролер STM32F103RGT6, що працює на частоті до 72 МГц і має на борту безліч корисних можливостей, зокрема 3 12-бітні АЦП і 2 ЦАП.
Поруч розташована літієва батарейка, призначення якої так і залишилося для мене загадкою. Але потішило ось що: розробник використав не лише контролер із цілком пристойними (відносно) ЦАП/АЦП, а й, схоже, встановив пару окремих АЦП! Їх видно праворуч від мікроконтролера.

Пізніше я уточнив у продавця щодо батарейки, і він відповів, що вона потрібна для зберігання даних (як я зрозумів, ідеться про А·год і Вт·год). Звісно, я запитав: хіба не простіше зберігати їх у енергонезалежній пам’яті? У відповідь він сказав, що там кількість циклів обмежена, а так надійність вища. Оце так!


Мікроконтролер також має на борту інтерфейси COM і USB, але тут вони не задіяні, принаймні поки що, як сказав продавець.


Під час підключення є певна складність: платі потрібне окреме живлення, причому з гальванічною розв’язкою від основного. Напруга живлення — 12 В, мінус з’єднаний із мінусом виходу силової плати, тому живити її від спільного входу не вийде. Крім розв’язки, цьому завадить і напруга живлення силової плати, яка явно перевищує 12 В.
Але в цьому є й невелика перевага: можна встановити перетворювач 36-12 В, а вже на його виході — якийсь стабілізатор 12-5 і отримати додаткову вихідну напругу.

Підключив до двох блоків живлення — усе запрацювало з пів оберту.


Робочий екран і меню керування.
Власне, ось що мені сподобалося від самого початку: великий екран, чіткі цифри. Порівняно з DPS — просто відпочинок для очей.
1. На головному екрані відображаються
Верхня смужка — увімкнення вентилятора, режим стеження, блокування керування
Поточні напруга/струм/потужність
Задані напруга/струм
Лічильник А·год/Вт·год — значення запам’ятовуються.
Режими роботи й активність виходу.
Час від моменту ввімкнення живлення та час активності виходу, режим захисту й температура плати.

2. Після натискання на енкодер (або кнопку, про це пізніше) відображаються варіанти швидкого вибору вихідної напруги/струму — справді зручно.
3. Після натискання «меню» потрапляємо до налаштувань.
4. Mode Set — режим відсікання за струмом: звичайний режим CC або тригерний.
5. Тригерний має налаштування рівня перевантаження відносно встановленого значення та часу перезапуску.
6. Подвійне натискання на енкодер зберігає налаштування, при цьому з’являється симпатична анімація. Натискання на "меню" просто повертає назад.


1. Меню — Switch, перемикає на вибір одного з двох режимів: звичайного блока живлення або зарядного пристрою.
2. Після підтвердження повертає до головного вікна, яке тепер має інший вигляд.
3. Заходимо в меню ще раз — перша піктограма змінила вигляд, тепер це налаштування режиму роботи зарядного пристрою.
4. Є два фіксовані режими та автовибір, що дає змогу заряджати літієві або кислотні акумулятори.
5, 6. Задаються напруга та струм заряджання: ліворуч початкові налаштування для літієвих, праворуч — для кислотних акумуляторів.

На жаль, режим поки що на стадії розробки, продавець сказав, що після "допилювання" надасть нову прошивку. Але, як на мене, задум корисний.


Меню налаштувань.
1. Тут аж два вікна: у першому — основні налаштування, калібрування, оформлення інтерфейсу, задання граничних параметрів.
2. У другому — керування вентилятором, очищення пам’яті, скидання налаштувань, інформація про розробника.
3. У головному меню можна налаштувати:
Автоблокування
Режим керування: змінюється розкладка кнопок керування, є чотири варіанти. Найзручніші — перший і третій (на мій погляд). У першому натискання на енкодер відкриває доступ до попередніх налаштувань, перемикання Струм/Напруга відбувається обертанням енкодера в натиснутому стані. У режимі 3 попередні налаштування викликаються коротким натисканням кнопки виходу, перемикання Струм/Напруга — натисканням на енкодер, обертання з натисканням — перемикання дискретності. Загалом теж доволі оригінально.
Увімкнення/вимкнення "пищалки"
Швидкість оновлення показань на екрані — десять рівнів. Спеціально не засікав, але приблизно від 1 до 6–7 разів на секунду.
Follow — режим стеження, покажу пізніше.
4. Калібрування. Щоб перейти до нього, треба обертати енкодер, доки квадратики не збігатимуться; це захист від випадкового переходу.
5. Варіанти оформлення: увімкнення рамок, вибір кольору тощо.
6. Можна задати максимальну напругу/струм, хотілося б ще й потужність. У продавця була така версія, треба буде поговорити, щоб додав. Максимум можна встановити 32 Вольти 8 Ампер.


1. Налаштування вентилятора. Можна встановити або безперервну роботу, або температуру ввімкнення. Вимкнення відбувається, коли температура опускається нижче порога на 5 градусів. Після активації виходу на дисплеї з’являється піктограма вентилятора.
2. Видалення накопичених даних про ємність в А·год і Вт·год.
3. Збереження даних — тут я не зовсім зрозумів, треба ще розібратися.
4. Інформація про ПЗ. Дата випуску прошивки, версія, а також лічильник напрацювання в хвилинах, який, наскільки я розумію, не обнуляється.


Різні варіанти оформлення: два без рамок і два з рамками. "Кубічна" була від початку, є ще "згладжена". У меню також змінюється колір тла.


Праворуч унизу відображається стан виходу та поточний режим.
1. CV — стабілізація напруги
2. CC — стабілізація струму
3. ER — спроба встановити на виході напругу, вищу за вхідну, наскільки я зрозумів.
4. А це те, як спрацьовує тригерний захист. У мене було встановлено 0% перевантаження: при КЗ на виході він вимикається, з’являється віконце зі зворотним відліком (час задається), а потім вихід знову активується. Якщо перевантаження не усунуто, цикл повторюється.


І, звісно, тести.
Точність встановлення вихідної напруги.
1. Коли вихід неактивний, на вихідних клемах є невелика від’ємна напруга.
2. Після активації виходу та встановлення нульової вихідної напруги вона стає майже нульовою.
3–9. За низької напруги, приблизно до 1 Вольта, значення трохи занижене, потім вирівнюється, і приблизно до 30–31 Вольта напруга встановлюється майже ідеально, але на самому краю діапазону трохи завищена.


Зі струмом ситуація трохи гірша.
1, 2. Коли вихід активний і встановлено нульовий струм, вихід перебуває в режимі CC, напруга від’ємна, струм близько -1мА.
3–9. Вихідний струм у всьому діапазоні трохи занижений відносно встановленого. Вбудований амперметр показує ті самі значення, крім самого кінця діапазону: там струм також занижений, але амперметр показує, що він вищий.


Так склалося, що останні тести тривали довго, переважно через те, що я фотографував етапи з набагато меншим кроком, ніж показано вище, а частково — через те, що у фотоапараті, як завжди, перегрівся спалах і доводилося довго чекати. Але наприкінці я помітив, що силова плата помітно нагрівається. Найбільше грівся шунт, але тепловізор його не бачить, зате видно, що дросель нагрівся до 68 градусів, а транзистор — до 75. Воно ніби й терпимо: навіть коли шунт нагрівався, покази не пливли.


У будь-якому разі мені стало цікаво, скільки ж там розсіюється на шунті, тож вирішив порахувати.
Опір шунта — 27.9мОм, за струму 8 Ампер на ньому падає 223мВ і розсіюється 1.78 Ватта. Як на мене, це впритул, адже через дротяну конструкцію шунт має малу площу.


Вище я писав про опцію Follow і запитав продавця, що це таке. Він відповів, що це функція стеження за напругою для чогось точнішого, але чого саме — я так і не зрозумів, тож вирішив перевірити.
Заходимо в меню, вмикаємо її — праворуч угорі на екрані з’являється піктограма цієї функції.

Так, функція якось працює, але, чесно кажучи, я очікував трохи іншого. Річ у тім, що, наприклад, у моєму електронному навантаженні є подібна функція: там ЦАП задає певну напругу за допомогою ШІМ відповідно до калібрування, а потім, вимірюючи її власним амперметром, трохи підлаштовує, якщо струм відрізняється від заданого. Така собі корекція «на льоту».
Тут я порівняв і побачив, що і без цієї функції (ліворуч), і з нею (праворуч) реальна вихідна напруга ніяк не змінюється, змінюється лише та, що відображається. А шкода, адже вольтметр і амперметр контролера відкалібровані майже так само, як мій Юніт, тож за ними цілком можна було б виконувати корекцію. Якщо перевести плату в режим CV, тобто щоб напруга «втекла», вона так і продовжує трохи «відставати» від реальної.


Крім того, я звернув увагу, що струм у режимі СС трохи залежить від вхідної напруги. Не сильно, але різниця є: угорі на вході 35 Вольт, унизу — 45.


Точність підтримання напруги залежно від навантаження перевіряв за трьох значень напруги — 3.3, 12 і 24 Вольта — та трьох значень струму — 55мА (фактично без навантаження), 4 і 7.9 Ампера. Майже скрізь максимальна різниця становила 20мВ, що дуже непогано. Напругу вимірював на гвинтах клемника.


Вимірювання ККД: використовувалися два блоки живлення, електронне навантаження та мультиметр. Мультиметр вимірював струм до перетворювача. Насправді ККД трохи вищий, оскільки на вході плати напруга була трохи меншою.


Результати тесту.


Заодно з’ясувалося, що за вхідної напруги 36 Вольт і струму навантаження понад 4.5 Ампера плата не може видати на виході 32 Вольта й показує повідомлення про нестачу напруги. Водночас 31 Вольт вона видає навіть за струму 8 Ампер. За вхідної напруги 45 Вольт усе було гаразд.
Усе це свідчить про те, що 36 Вольт — це зовсім впритул, і бажано мати блок живлення з напругою ближче до 40 Вольт.


Додамо до всієї цієї конструкції осцилограф і подивимося, що відбувається на виході.
Тут також було багато тестів у різних режимах, але вхідну напругу я виставив на 40 Вольт.


Вихідна напруга 3.3 (ліворуч) і 12 Вольт (праворуч), струм навантаження — 1, 4 і 7.9 Ампера.
Заявлений розмах пульсацій 50-80мВ р-р плата не забезпечила: я отримав до 100мВ за напруги 3.3 Вольта і до 140-150мВ за 12 Вольт.


Вихідна напруга 24 Вольта (ліворуч) і 30 Вольт (праворуч), струм — 1 і 7.9 Ампера.
Картина приблизно та сама, хоча за вихідної напруги 30 Вольт розмах помітно менший.


1, 2. Пульсації без навантаження, вихідна напруга — 3.3 Вольта.
3, 4. Ви, мабуть, помітили «голки» на осцилограмі за максимального струму? Спочатку я розтягнув зображення й подивився, що це таке: на вигляд якісь резонансні процеси. Але потім просто взявся за щуп осцилографа, і вони зменшилися вдвічі (праворуч). Підозрюю, що помітну частку похибки вимірювання спричинило те, що все живилося від мережі, через що могли виникати контури заземлення та взаємні наведення.


Вище на платі можна було побачити місце під USB-роз’єм, а також просто роз’єм із позначенням RX/TX. Поспілкувавшись із продавцем, який водночас є розробником плати керування, я з’ясував, що для цієї плати вже є навіть бета-версія ПЗ, щоправда, поки китайською і дуже спрощена. Заодно попросив його одразу писати не лише китайською, а й англійською.


Крім того, продавець запропонував мені варіант готового пристрою, якого немає в продажу на його сторінці. Ціну не пам’ятаю, щось близько 75 доларів, якщо не плутаю, треба уточнити. Виглядає класно, і я, мабуть, навіть купив би його, якби не вага 1.5кг, через яку доставка значно здорожчала б.
Але на вигляд просто чудовий: алюмінієвий корпус, фрезерування. Фото не дуже високої якості, але цей блок є на відео продавця — його можна переглянути на сторінці товару.


А тепер, як завжди, підсумки.
Я випробував багато різних плат перетворювачів: ZXY, DPS/DPH, а також відносно нові DPX, не кажучи вже про всіляку дрібноту. Можу сказати, що плата, яку я оглядаю, за апаратною частиною на голову вища за всі перелічені.
Не торкаючись плати перетворювача, адже вона може бути й іншою, відзначу такі ключові моменти.
1. Великий екран із чудовою читабельністю
2. Досить правильна схемотехніка
3. Просте, але зручне керування.
4. Не менш прості, але також зручні й гнучкі налаштування
5. Керування вентилятором
6. Непогана точність встановлення та висока точність вимірювання.
7. Режим обмеження струму не лише CC, а й тригерний, до того ж із можливістю налаштування.

Але головне не тільки в цьому, а й у тому, що проєкт розвивається, а продавець (він же розробник) іде на контакт. Приклад цього — переклад меню англійською на моє прохання.
Крім того, очікується додавання функції заряджання акумуляторів, якої немає в інших платах перетворювачів.

Тепер я планую скласти для розробника список побажань щодо того, що додати до ПЗ.
1. Функцію обмеження максимальної потужності, але не як у DPS/DPH, а як у ZXY, тобто без вимкнення виходу.
2. Регулювання обертів вентилятора.
3. Захист від перегрівання із зовнішнім датчиком температури.
4. Функцію корекції вихідної напруги на основі виміряного значення.

Хотілося б мати ширший діапазон регулювання як за струмом, так і за напругою. Не думаю, що програмно це складно зробити; апаратно ж можна просто взяти потужніший перетворювач або взагалі керувати імпульсним блоком живлення без проміжного перетворення.

Є й мінуси, на мій погляд, їх два:
1. Ціна. Усе-таки 30 доларів без урахування вартості доставки — це не дуже бюджетно. І це лише контролер
2. Потрібне друге джерело живлення, гальванічно розв’язане від основного. Це не надто дорого, просто незручно.


На цьому в мене все. Сподіваюся, огляд був корисним. Буду дуже радий запитанням і побажанням щодо розвитку проєкту.