Потужний двоканальний DC-DC перетворювач

Під час формування одного із замовлень на Таобао я побачив цікаві платки перетворювачів і, почитавши відгуки покупців, вирішив придбати й собі кілька штук. А оскільки є шанс, що вони можуть трапитися ще комусь, то вирішив накидати невеликий огляд.


На Таобао часто трапляються продавці, які розбирають різне вживане обладнання, а потім продають запчастини окремо. Цього разу я натрапив саме на такого. Судячи з коментарів, у нього є постійні покупці, і вони дуже задоволені його товарами, що, власне, частково й підштовхнуло мене замовити не один, а кілька перетворювачів. Уже після перших тестів стало зрозуміло, що рішення було правильним, особливо з огляду на те, що на момент отримання мною посилки він уже розпродав їх усі. Але думаю, що ці перетворювачі можуть трапитися й деінде. Чому так — гадаю, стане зрозуміло з огляду.


Отже, було замовлено й отримано 6 перетворювачів.


Платки дуже компактні, за розмірами не набагато більші за сірникову коробку.


На вигляд явно вживані, а точніше — випаяні з якогось пристрою: є сліди компаунду, виводи загнуті, але всі компоненти цілі, що тішить.
На верхньому боці — пара дроселів, кілька твердотільних конденсаторів, а також інша дрібнота. На вході встановлено дросель, який захищає або перетворювач від пульсацій блока живлення, або блок живлення від пульсацій перетворювача.


На одному з боків плати знайшлося маркування — G1208-20013120A.


За цим маркуванням я знайшов блоки живлення, з яких випаяли ці перетворювачі, а також кілька посилань на огляди
Cooler Master MWE 750 WHITE 230V V2 — посилання
Cooler Master MWE Bronze 650 — посилання
А також китайський і корейський сайти
MWE 500 WHITE 230V V2 — посилання
Cooler Master New Thunder 500W — посилання

Там я знайшов не лише фото, а й характеристики цих плат, зокрема вихідну напругу 5 і 3.3 вольта.


Думаю, добре видно, що плати ті самі.


Але цікаво, що в одних блоках живлення вони заявлені як 16+16А або 110Вт загалом, а в інших — 20+20А або 120Вт загалом.


Насправді плата містить не лише перетворювачі напруги, а й датчики температури та вузол керування вентилятором. Один датчик температури виведений назовні: за його показами плавно регулюються оберти вентилятора, а другий SMD-датчик розміщений між дроселями й працює як захист від перегрівання перетворювача.


Знизу компонентів явно більше, причому без компаунду була лише одна плата.


Перетворювачем керує спеціалізований двоканальний ШІМ-контролер APW7159C, до його виходу підключено чотири силові транзистори FTD05N03NA, 30 вольт, 100 ампер, 4мОм.


Основні особливості.
Чип живиться від 12 вольт, має захист від підвищеної та зниженої напруги, робочий діапазон — 6-14.4 вольта. Є захист від перегрівання й перевантаження (за падінням напруги на верхніх транзисторах), робоча частота — 50-400кГц.


Також є типова схема підключення, з якої видно, що канали практично однакові. Цілком можна змінити вихідну напругу, а також переробити варіант 5+3.3 вольта на зручніший для мене 5+5 вольт.
Крім того, у наведеному прикладі варіант із вихідним струмом 30+30А.


Поруч із перетворювачем є ще два чипи, які я не зміг ідентифікувати. Імовірно, один із них відповідає за керування вентилятором.


У коментарях до товару були й фотографії, на яких показано, куди подавати живлення і звідки знімати вихідну напругу.


Підключаємо до блока живлення й подаємо 12 вольт. Споживання без навантаження відносно велике — 1.2 Вт.


На виході 5 вольт усе точно, а на виході 3.3 напруга завищена. Припущу, що на додаткову «гребінку» також виведено вхід компенсації падіння напруги на проводах, і без його підключення перетворювач видає максимальну напругу 3.4 вольта (обмеження на випадок обриву проводу зворотного зв’язку).



Оскільки струми чималі, навантажуватиму електронним навантаженням із максимальним струмом до 30А, мультиметр підключений до вихідних контактних майданчиків плати.


Точність стабілізації напруги просто чудова: у діапазоні струмів навантаження від 0 до 25А напруга змінилася лише на 11мВ!


Але й це ще не все: перетворювач видав і 30А, щоправда, для цього довелося підняти напругу на вході до 14.3 вольта, інакше блок живлення переходив у режим обмеження струму.
На жаль, у такому режимі перетворювач приблизно через 10 секунд вимикається через захист від перевантаження. Захист тригерний, тобто, доки не зніму вхідну напругу, на виході буде 0.


ККД плати на виході 5 вольт виміряв у двох режимах — за вхідної напруги 12 і 14.3 вольта.

Судячи з отриманого графіка, ККД вищий за вхідної напруги 12 вольт, причому максимальний за вихідного струму 10А. У планах — переробити плату на варіант 5+5 вольт, а для цього мені потрібен загальний струм 40А. Відповідно, можна встановити дві такі плати й реалізувати чотири канали по 10А з максимальним ККД і, відповідно, мінімальним нагріванням.


До речі, щодо нагрівання. Я провів невеликий тест: подав на вхід 12 вольт, навантажив канал 5 вольт струмом 10 ампер і подивився, як він поводитиметься.
1. Температура на початку тесту.
2, 3. Температура з обох боків плати через 20 хвилин.


Потім підняв струм до 15А й поганяв ще 20 хвилин.
Так, без активного охолодження картина не надто приваблива: зверху плати майже 11 градусів, найвищу температуру мав дросель. Саме тому й спала на думку ідея зробити два канали по 10 ампер: за невеликого обдування плата працюватиме навіть із пристойним запасом.


Та й на виході все чудово: розмах пульсацій без навантаження (перший скриншот) і за струму 8, 16 та 24 ампери. Навіть за 24 ампер розмах був не більшим за 30-35мВ. Навіть якось надто круто живити таким перетворювачем звичайний зарядний пристрій для акумуляторів :)


А от із вентилятором виникла невелика заминка. Як і задумано, я підключив його до штатного роз’єму на платі, подав живлення й почав нагрівати термодатчик. Але нічого не відбувалося. Побіжно проаналізувавши схему, дійшов висновку, що керування ним дещо дивне: комутуються обидва виводи — плюсовий за допомогою великого транзистора біля роз’єму зверху плати, а мінусовий — маленьким SMD-транзистором. Наскільки я зрозумів, великий транзистор лінійно регулює оберти, а маленький просто вмикає та вимикає вентилятор.
Методом «наукового тику» з’ясував, що на одному з контактів «гребінки» є сигнал дозволу роботи вентилятора. Щоб увімкнути його, подав через резистор 680Ом 5 вольт із виходу перетворювача. Насправді краще подавати туди напругу з іншого джерела, наприклад із входу 12 вольт, щоб плата не залишилася без охолодження, якщо вимкнеться вхід 5 вольт. Резистор 680 Ом можна замінити на інший, із більшим номіналом, просто цей був під рукою й підходив для тесту.

Після впаювання резистора вентилятор почав плавно збільшувати оберти в міру нагрівання термодатчика, а після його охолодження не вимикається повністю, а обертається на дуже малих обертах. Причому в огляді блока живлення з такою платою писали, що вентилятор повністю вимикається.


Спочатку думав залишити переробку на потім, але цікавість узяла гору.
Загалом тут усе дуже просто: на платі є два подільники напруги — R47 (12кОм) і R50 (3кОм) для каналу 5 вольт, а також R2 (12кОм), R46 (100 Ом), R5 (5.1кОм) для каналу 3.3 вольта. При цьому R50 і R5 стоять у нижньому плечі подільника, а R47 і R2+R46 — у верхньому. В останньому випадку послідовно встановлено два резистори — 12к і 100 Ом, мабуть, саме для невеликого коригування напруги вгору для каналу 3.3 вольта.

Щоб підняти напругу на каналі 3.3 вольта, треба або замінити резистор R5 на 3кОм, або припаяти паралельно до нього інший, номіналом 7.5кОм. Я вибрав перший варіант, оскільки резистора на 7.5кОм під рукою не виявилося, а резистори на 3кОм якраз були, щоправда, трохи більші за розміром.


Напруга на виході піднялася до потрібного значення і навіть трохи вище.


Оскільки в колі цього подільника є резистор 100 Ом, увімкнений у верхньому плечі послідовно з резистором на 12 кОм, то я просто замкнув його перемичкою.
До речі, на деяких платах резистори подільника напаяні «бутербродом», тобто коригування виконують вручну.



Тепер на виході каналу 3.3 вольта точно така сама напруга, як і на каналі 5 вольт. Можливо, потім трохи зменшу її, але для цього треба провести експерименти, щоб з'ясувати, наскільки її можна знизити.


Висновки будуть короткими: перетворювачі дуже сподобалися. Якщо трапляться за адекватною ціною, то «треба брати»: компактні, потужні, з пристойним ККД, двома каналами та схемою керування вентилятором, а також із захистом від перегрівання й перевантаження.
Якщо хтось бачив їх на AliExpress, буду радий посиланням.

Як ви вже, мабуть, зрозуміли, ці перетворювачі знадобилися мені для перероблення багатоканального тестера акумуляторів, звідси й вимога щодо струму 40 ампер, напруги 5 вольт і вхідної напруги в діапазоні 10-14. Дуже доречно, що канали можна розділити й не потрібно мати один перетворювач на 5 вольт і 40 ампер, а достатньо або 2х20, або 4х10. Можливо, знижу вихідну напругу до 4.7-4.8 вольта, щоб ще зменшити потрібну загальну потужність, оскільки живлення надходитиме від ДБЖ.
Залишилося трохи доопрацювати їх під моє завдання — і можна користуватися.