Універсальний регульований перетворювач напруги з живленням від USB і підтримкою режиму QC

Не так давно замовив я на Ali дещо цікаве, замовив не для якоїсь конкретної мети, а просто тому, що коштує недорого й має незвичний функціонал. Але, як завжди, краще прочитати про все в огляді — сподіваюся, буде цікаво.


Ціна — $4.23 + $1.77 доставка до нас

Цей перетворювач позиціонується як сильно спрощений "лабораторний блок живлення" з живленням від блоків живлення з USB-виходом.
Короткі характеристики:
Вхідна напруга: 4–13 В
Вихідна напруга: 0.5–30 В
Вихідний струм: 0–2 А
Вихідна потужність: до 15 Вт
Відображення напруги: дискретність 0.1 В, точність +- 0.1 В
Відображення струму: дискретність 0.01 А, точність +-0.05 А в діапазоні 0.05–2.2 А
Відображення потужності: 0–15 Вт
Захист від перегрівання: вимкнення за температури понад 100 градусів, увімкнення повторним натисканням кнопки ввімкнення.
Власний струм споживання: 30 мА
Захист від короткого замикання
Вага: 52 г.

Отримав перетворювач запакованим у компактну коробочку з пінопласту; така подача товару чимось нагадала мені фірму RDtech.


Виконання у форматі "флешки", тобто модуль із USB-штекером, який під'єднується до блока живлення. І, як і раніше, висловлю невдоволення самою конструкцією: плата збоку повністю відкрита, тож усередину може потрапити будь-що, зокрема й те, що проводить струм.


Я думав, що мій USB-тестер має великі габарити, але як же я помилявся: виявляється, є USB-пристрої ще більші.


1. Зверху розташований чотирирозрядний семисегментний світлодіодний індикатор, праворуч — пара світлодіодів, що показують увімкнення перетворювача та перехід у режим CC (обмеження струму).
Також праворуч видно пару підлаштувальних резисторів: нижній — для регулювання струму, верхній — для регулювання напруги.
2. Знизу — лише назва моделі та параметри входу/виходу.
3. Спереду розташовані USB-штекер і пара USB-гнізд — USB type-C та microUSB, тому живлення можна подавати трьома способами.
4. З протилежного боку — кнопка вибору режиму QC, AFC, FCP, SCP та авторежиму керування блоками живлення з функціями швидкого заряджання.
5. На торці біля індикатора є ще пара кнопок: ліва — увімкнення/вимкнення, вона ж слугує кнопкою скидання режиму перевантаження; права — кнопка вибору режиму відображення: напруга, струм, потужність.
6. З протилежного боку немає ні роз'ємів, ні органів керування, видно лише компоненти перетворювача.


Зверху (і знизу) наклеєна захисна матова плівка. Потім я її зняв, але, на мій погляд, індикатор усе одно читається не дуже добре, оскільки пластик корпусу прозорий, а не кольоровий. Праворуч на фото — варіант без верхньої панелі; з нею (без плівки) читається трохи краще, але ненабагато.


Саме тому всі подальші тести й демонстрацію я проводив, приклавши шматочок червоного світлофільтра. Як на мене, так набагато краще.

Після подавання живлення відображається напис "Авто". Так, китайські розробники як можуть знущаються з літери t: раніше я бачив варіант, де замість t відображали r, і виходило Auro, хоча набагато простіше було показати t у спрощеному вигляді, без лівої частини горизонтальної риски.


1–3. Відображення напруги, струму й потужності перемикається кнопкою Select; четверте натискання запускає автоматичне перемикання, але насправді цей режим дуже незручний.
4–8. Ручний вибір режиму керування блоком живлення з підтримкою протоколів швидкого заряджання.
9, 10. Режим — вимкнено. Але насправді повного вимкнення не відбувається: напруга з виходу знімається, але індикатор продовжує світитися, показуючи нульову напругу на виході. Тобто керування та індикація працюють самі по собі.
11, 12. Мінімальна й максимальна вихідна напруга.


1, 2. Власний струм споживання у ввімкненому та вимкненому станах — близько 60 і 15 мА відповідно.
3, 4. Перетворювач був під'єднаний до зарядного пристрою QC і автоматично вибрав вихідну напругу 12 В, але вручну без проблем можна задати й довільні режими.


Як я вже писав, конструкція корпусу проста й примітивна. Два шматочки пластику, а між ними — друкована плата.


Втім, друкована плата має охайний вигляд, а для пристрою такого цінового сегмента — то й узагалі чудово.


Знизу встановлений драйвер світлодіодного індикатора TM1650, а під самим індикатором — мікроконтролер. Точніше, я лише припускаю, що це мікроконтролер, оскільки індикатор не випаював, але чип там точно є.


1, 2. USB-роз'єми. Не скажу щодо крайніх, але USB-штекер виглядає якісно.
3. У колах живлення встановили звичайні, мабуть, найдешевші конденсатори: 220мкФ 16 Вольт на вході та 100х35 на виході.
4. Неподалік від вихідної клемної колодки та струмовимірювального шунта розташований ОП LM358, який, імовірно, відповідає за підсилення напруги з шунта та кола вимірювання вихідної напруги.


А ось і "серце" цієї плати — власне, сам універсальний перетворювач, зібраний за топологією SEPIC. Не плутайте його з варіантами StepUP-StepDown, де напруга спочатку підвищується, а потім знижується (зазвичай це два окремі ШІМ-контролери та два дроселі), і універсальним перетворювачем, у якого один ШІМ-контролер і один дросель.

Я багато разів розповідав про топологію перетворювачів SEPIC і навіть пропонував варіант простого перероблення перетворювача StepUp шляхом додавання кількох компонентів. Зазвичай такі перетворювачі легко впізнати за наявністю одного ШІМ-контролера та двох однакових (це важливо) дроселів.

Цей перетворювач може як підвищувати, так і знижувати напругу, і саме тому за вхідної напруги 4-13 Вольт він може видавати від 0.5 до 31 Вольта.

Ним керує ШІМ-контролер FP5139 та силовий транзистор NCE6075. Примітно, що на виході є дросель для зменшення пульсацій і додатковий конденсатор після нього.


Оскільки фактично ми не задаємо напругу безпосередньо, а просто змінюємо її, контролюючи за вольтметром, то в цьому випадку радше перевірятимемо точність вимірювання вольтметра й амперметра.

Якщо коротко, то в усьому діапазоні вольтметр занижує покази на 0.1-0.2 Вольта, що більше за заявлену похибку 0.1 Вольта. Не скажу, що це критично: зрештою, це не прецизійний прилад, та й заявляти точність 0.1 за такої самої дискретності надто необачно, адже це нереально.


Під час спроби регулювання вихідного струму зловив кілька "глюків".
1, 2. Наприклад, за відключеного навантаження та крайнього лівого положення резистора регулювання струму вихідна напруга підскакувала з 0.5-1 Вольта до 4-7 Вольт.
3. Подібна халепа могла трапитися і з підключеним навантаженням, але за крайнього лівого положення регулятора напруги: струм міг підскочити з 300 мА до 4 Ампер, хоча для перетворювача заявлено обмеження у 2 Ампера, тобто виходить, що в цьому випадку воно просто не працювало. Будьте обережні.


Зі струмом приблизно та сама картина, що й із напругою: амперметр занижує покази приблизно на 0.06А за заявленої похибки 0.05А, виходячи на нормальний режим лише за струмів понад 2А. Максимальний вихідний струм становить 2.3А, далі регулювати вже не дає.
Але думаю, що це можна спробувати доопрацювати. Щоправда, доведеться змінити дільник зворотного зв'язку за струмом, силовий транзистор і дроселі, а можливо, й конденсатори. Сам вимірювач може показувати й більший струм — це було видно на попередньому фото.


Подальші випробування проводилися в такій конфігурації: блок живлення з підтримкою QC, USB-тестер, перевірюваний перетворювач — електронне навантаження ZKE EBC-A10H.


Оскільки це Sepic, графіків у мене вийшла ціла купа. Випробування проводилися за двох варіантів вхідної напруги (5 і 12 Вольт) і чотирьох варіантів вихідної (5, 12, 20 і 30 Вольт). Струм підвищували, доки перетворювач не вимикав вихід або не знижував напругу до порога спрацьовування відсічення навантаження (0.8 Вольта).


Подальшу купу графіків сховаю під спойлер, бо не придумав, як зробити їх компактнішими :(


У разі перевищення струму перетворювач просто переходив в обмеження, а в разі перевищення потужності вимикав вихід, виводячи повідомлення про перевищення. Увімкнути його можна було або натисканням кнопки ввімкнення, або від’єднанням і повторним подаванням вхідної напруги.


Оскільки USB-тестер вимірює напругу до шунта, тобто на виході блока живлення, для коректнішого вимірювання ККД довелося під’єднати до виходу першого тестера другий, який вимірював напругу на своєму виході, тобто майже на вході перетворювача. «Майже», бо є ще падіння напруги на контактах самого роз’єму, тож на графіку результат трохи гірший, ніж насправді, але, думаю, у цьому випадку цим можна знехтувати.


Отримали два графіки: один для вхідної напруги 5 Вольт


Другий — для напруги 12 Вольт. Навантаження працювало в режимі стабілізації потужності, тому цифри внизу шкали відповідають потужності у Ватах.


Вимірювання рівня пульсацій на виході перетворювача в різних режимах. За-хорошим, звісно, треба було живити його від лінійного блока живлення, щоб не було впливу самого блока живлення, але, на жаль, зараз не маю такої можливості.

Робота без навантаження, режими:
5-5
5-20
12-5
12-20


Вхідна напруга 5 Вольт, вихідна напруга й навантаження відповідно —
1, 2. 5 Вольт, 5 і 10 Ватт
3, 4. 12 Вольт, 5 і 10 Ватт
5, 6. 20 Вольт, 5 і 10 Ватт


Вхідна напруга 12 Вольт, вихідна напруга:
1, 2. 5 Вольт, 5 і 10 Ватт
3, 4. 12 Вольт, 5 і 14 Ватт
5, 6. 20 Вольт, 5 і 14 Ватт


Просто для доповнення перевірив режим: 5 Вольт на вході й 30 на виході, потужність 9 Ватт. Крім того, випадково натрапив на дивну осцилограму на виході за певного поєднання режимів. У цьому випадку це 12 Вольт на вході, 20 Вольт на виході й потужність 10 Ватт; в інших режимах такого не спостерігав.


Що маємо в підсумку.
Перетворювач однозначно цікавий і по-своєму навіть захопливий. Щоправда, мені не до кінця зрозуміла цільова аудиторія цього товару, але він працює, має індикацію не лише напруги й струму, а й потужності. Дає змогу як підвищувати, так і знижувати напругу, керувати режимами роботи QC, AFC, FCP, SCP, регулювати вихідну напругу й струм. Фактично його навіть можна використовувати як зарядний пристрій або найпростіший «лабораторний блок живлення», але з потужністю не більш як 15 Ватт.
До речі, щодо потужності: наприклад, за вихідної напруги 5 Вольт потужність становитиме максимум 10–11 Ватт, оскільки є обмеження за струмом. Тобто в перетворювача два обмеження — за струмом або потужністю; що настане раніше, те й буде максимумом. За напруги понад 7–7.5 Вольта вже можна отримати повні 15 Ватт. Для подавання живлення можна використовувати USB-A, USB-C і microUSB — зручно.
Параметри вихідного струму й напруги не задаються, як у цифрових системах, а просто регулюються з контролем за вольтметром або амперметром.
Є захист від короткого замикання й перевантаження за потужністю. Заявлено, але не перевірено захист від перегрівання; також на платі є запобіжник.

Коротко кажучи — річ цікава, особливо за таку ціну, але куди її застосувати, я поки не знаю.

На цьому в мене все, сподіваюся, було корисно.