Перетворювач напруги з вихідним струмом до 25 А, 600 Вт

Нещодавно один із моїх постійних читачів подарував мені доволі цікавий перетворювач, за що, звісно, величезне йому спасибі. Це було несподівано :) Ну а я, як водиться, вирішив зробити огляд цього перетворювача.

Нагадую: щоб постійно бути в курсі нових тем у блозі, рекомендую підписатися на мій інстаграм, де я публікуватиму сповіщення про всі нові теми й, можливо, писатиму просто про щось цікаве — посилання на обліковий запис

Також підписатися на оновлення та нові статті можна в телеграм-каналі — https://t.me/KirichBlog

Упаковка — конверт і антистатичний пакет.


Усередині перетворювач, і, чесно кажучи, перше, про що я подумав: який же він маленький. Ні, судячи з характеристик, він і не мав бути великим, але на фото в магазині виглядає якось більшим, що, втім, характерно для AliExpress.


Зібрано акуратно, а з огляду на ціну — то взагалі, як на мене, чудово. Охолодження активне, причому реалізоване так, що вентилятор охолоджує не лише радіатор, а й дросель. Вентилятор дуже тихий.
З одного боку плати — вхідні клеми, з іншого — вихідні, поруч із вихідними клемами — підлаштувальний резистор для встановлення вихідної напруги.
До речі, у заголовку лота зазначено — DC-DC CC CV Buck Converter. Так от, режим CC (обмеження вихідного струму) тут нерегульований, на жаль, тому підлаштувальний резистор лише один.



На сторінці товару є щось на кшталт інструкції, але загалом тут усе інтуїтивно зрозуміло.


1. На вході встановлено три конденсатори по 100 мкФ, 100 В
2, 3. Реалізовано синхронний випрямляч, тому замість діода на виході встановлено транзистор. При цьому обидва транзистори однакові й обидва явно вживані — MDP1991, 100 В, 120 А, 5,9 мОм.
Вихідних конденсаторів також три, але вже по 330 мкФ, 63 В. На жаль, вихідного LC-фільтра немає, хоча ніщо не заважало його реалізувати.
4. Вентилятор на 12 В, але починає працювати приблизно від 3,5–4 В, розмір — 30х30х10


На жаль, маркування всіх мікросхем стерте. Припущу, що зліва внизу — допоміжний DC-DC на базі якоїсь китайської XLххх, ШІМ, можливо, TL494, але стверджувати не буду. Справа внизу, можливо, драйвер транзисторів, оскільки зворотний зв’язок за струмом іде прямо на ШІМ, а обидва силові транзистори — N-канальні. Єдине, незрозуміло, навіщо поруч із драйвером транзистори, причому, судячи з усього, увімкнені так, як зазвичай реалізують вузол прискореного закривання польових транзисторів (транзистор, діод і пара резисторів). А оскільки на платі є два однакові комплекти, то я майже впевнений.


Знизу порожньо


Розміри є на сторінці товару, тому просто продублюю.


Перше ввімкнення: спочатку перетворювач був налаштований на вихідну напругу 18 В.


Повний діапазон регулювання, з урахуванням того, що на вході було 61 В, становить 2,5–52 В, тоді як в описі заявлено діапазон регулювання 5–48 В за вхідної напруги 12–75 В.


1. Як я писав, перетворювач запускається приблизно від 4 В. За цієї напруги починає обертатися й вентилятор, а на виході напруга становить близько 0,5 В.
2, 3. За встановленої вихідної напруги 12 В і вхідної 12 В на виході я отримав близько 10,3 В без навантаження.
4, 5. Якщо підняти вхідну напругу до 14 В, то на виході отримаємо встановлені 12 В, але під навантаженням запас, звісно, потрібен більший.
6–9. Споживання за різної вхідної напруги.


На цьому етапі мені стало цікаво, якою може бути мінімальна різниця між вхідною та вихідною напругою.
З’ясувалося, що якщо викрутити підлаштувальний резистор до упору вправо, то отримаємо різницю 9 В. На фото видно, що зі зниженням вхідної напруги синхронно знижується й вихідна.
Особисто мені ця різниця здається завеликою.


Тут я згадав, що взагалі-то заявлено вихідну напругу до 48 В, встановив її та повторив експеримент. Виявилося, що без навантаження на виході отримаємо 48 В, якщо вхідна напруга не нижча за 56 В, тобто різниця становить 8 В. Але при цьому зі зниженням вихідної напруги зменшується й різниця між вхідною та вихідною. Так, якщо встановити на виході 24 В, то вони будуть там за вхідної напруги не нижче 28 В, а при зниженні до 27 В вихідна напруга падає до 23,2 В.

Думаю, тут задано надто великий мертвий час, відповідно, суттєво зменшується й запас за вхідною напругою. Це не те щоб критично, але в деяких ситуаціях може заважати. І це без навантаження; під час роботи під навантаженням різницю слід збільшити приблизно на 2-3 вольти.
Крім того, навіть із характеристик видно, що передбачено чималий запас: 12V-75V to 5-48V.



Далі були різні тести — не дуже багато, але я постарався перевірити найважливіше.
Для початку — тест під навантаженням: під’єднав перетворювач до електронного навантаження, а живлення взяв від БЖ RD6024.


У захист перетворювач переходить приблизно при 26 амперах. Режим CC я не перевіряв, але вже й тут видно, що наприкінці напруга не вимикається одразу, а саме знижується, що свідчить про роботу функції обмеження струму.


Також виміряв ККД у різних режимах. Останній режим із вихідною напругою 13.8 вольта обрано не випадково — це варіант використання як зарядного пристрою. І тут виявилася перша проблема: відносно грубе регулювання напруги, точність її встановлення в мене становила приблизно +-15мВ.

Вимірювання проводилося в діапазоні навантажень 2.5-25А з кроком 2.5А. Верхню межу вихідної напруги встановив на 20 вольт, щоб отримати потужність близько 500 ватів, хоча насправді навантажував і до 600 — просто навантаженню дуже важко працювати в такому режимі, тому перевіряв лише до 20 вольт.

Видно, що при вихідній напрузі 5 вольт ККД значно падає, а в інших режимах усе помітно краще: ККД становив близько 93-95%, і з огляду на активне охолодження перегрів, мабуть, можливий лише за потужностей, близьких до максимальних.
Але найвищий ККД отримано при вхідній напрузі 36 і вихідній 20 вольт. Насправді ККД трохи вищий, оскільки не враховано падіння напруги на вхідних проводах, але цією різницею можна знехтувати.



Далі був тест для оцінювання теплового режиму. Проводив його недовго, у три етапи: 10, 20 і 25А, по 10 хвилин на кожен етап.



При струмах 10 і 20А перетворювач поводився цілком непогано. Ліворуч — фото при 10А, праворуч — два фото при 20А. На третьому я прикрив шунти, щоб вони не засвічувалися і можна було краще роздивитися стан інших компонентів. На третьому фото видно, що найбільше нагрівся вихідний дросель — приблизно до 80 градусів.


При 25А ситуація помітно погіршилася: по-перше, шунт помітно нагрівся, а дросель прогрівся до 106 градусів. Але загалом усе було відносно непогано, і, мабуть, найбільшою проблемою були саме шунти — про них розповім трохи згодом.


Також перевіряв залежність вихідної напруги як від навантаження, так і від температури.
1. Спочатку без навантаження встановив приблизно 12 вольт, а точніше — 12.005 вольта.
2. Струм 10А у холодному стані.
3. Струм 10А після прогрівання.
4. Струм 20А на початку
5. Струм 20А після прогрівання.
6. Струм 25А на початку
7. Струм 25А після прогрівання.
8. Напруга без навантаження у прогрітому стані
9. І напруга без навантаження після охолодження.

Видно, що, по-перше, напруга помітно просідає під навантаженням, а також додатково знижується в міру прогрівання. У другій проблемі, думаю, винен підстроювальний резистор і невдале місце його встановлення. Річ у тім, що температурний коефіцієнт опору таких резисторів і без того не дуже добрий, та ще й розташований він там, де температура легко може сягати 150-200 градусів.


Тепер про шунти — це взагалі окрема тема.
Річ у тім, що під струмом вони не просто нагріваються до шалених 200+ градусів, а й можуть випадково відпаятися від плати, адже нагрівання настільки сильне, що припій плавиться.
Нижче — фото резисторів уже після прогрівання при 25А, на них видно сліди чогось прозорого. Коли я робив термознімок при 20А, то прикрив їх шматочком поліетиленового пакетика — так от, пакетик просто проплавився в цьому місці й залишив слід на резисторах. А коли під час тесту на 25 ампер я просто торкнувся цього резистора пінцетом, щоб зрозуміти, що це до нього прилипло, резистор просто зсунувся і прилип до пінцета. Довелося буквально на ходу притиснути його чимось іншим, щоб випадково не зняти з плати.

Так, при 25А шунт нагрівається настільки, що резистори справді можна зняти з плати — припій повністю розплавлений...


Пульсації перевіряв при вхідній напрузі 36 вольт, вихідній — 5, 12 і 20 вольт, за струмів 12.5 і 25А, тобто при 50 і 100% навантаження.
Але спочатку — розмах пульсацій при вихідній напрузі 20 вольт без навантаження: він становить приблизно 100мВ. При вихідній напрузі 5 вольт пульсації мали приблизно такий самий розмах.


Форма пульсацій характерна для перетворювачів із синхронним випрямлячем, тобто близька до трикутної.
1, 2. вхід 36 вольт, вихід 5 вольт, 12.5 і 25А
3, 4. вхід 36 вольт, вихід 12 вольт, 12.5 і 25А
5, 6. вхід 36 вольт, вихід 20 вольт, 12.5 і 25 А.

Зазначу, що розмах пульсацій переважно залежить від струму навантаження: за струму 12.5 А він становить 200–300 мВ, а за 25 А — 300–400 мВ.
Так, на мій погляд, пульсації великі, до того ж проблему ускладнює те, що це не пікові викиди, а саме основне «тіло», зрізати яке одним лише дроселем складніше.
Та все ж додавання LC-фільтра може трохи допомогти, але, найімовірніше, більше користі дасть заміна вихідних конденсаторів на ємніші та якісніші, а не на встановлені тут масогабаритні макети.


Висновки.
Як це часто буває, перетворювач має низку недоліків, більшість із яких компенсує його низька ціна та загалом досить хороша якість виготовлення. Особисто мені явно бракує регулювання вихідного струму, хоча, думаю, його можна було б додати.
Серед помічених проблем — відносно великий розмах пульсацій, помітна залежність вихідної напруги від струму й температури, надмірне нагрівання шунтів вимірювання струму.
Серед переваг — акуратне складання, досить високий ККД, відсутність перегрівання за струму навантаження до 20 ампер (якщо не брати до уваги шунти).

Загалом я не бачу великих проблем із навантаженням і до 25 ампер, але тоді доведеться замінити шунти вимірювання струму, адже за такого струму на них розсіюється близько 3 ватів, тож вони перегріваються. Також перетворювач можна вдосконалити, замінивши конденсатори та перенісши підлаштувальний резистор у прохолодніше місце, а ще краще — замінивши його на резистор із фіксованим опором.

Загалом за свої гроші — дуже непогано, до того ж є можливість відносно простого доопрацювання. Я ж планую використати його для заряджання акумуляторної батареї, але для цього доведеться:
1. замінити підлаштувальний резистор на постійний
2. замінити шунти (або коло зворотного зв’язку) так, щоб струм починав обмежуватися не з 26 А, а, наприклад, із 15 А.
3. можливо, додати простеньке термореле для керування вентилятором.

На сьогодні в мене все, і ще раз дякую за перетворювач — це було несподівано й приємно :)