Регульований перетворювач напруги WZ5005 — невже альтернатива перетворювачам DPS?

Завдяки одному з моїх постійних читачів мені до рук потрапив перетворювач напруги WZ5005. Не сказав би, що він вирізняється чимось особливим, але цілком міг би стати альтернативою популярним моделям DPS від RuiDeng. Утім, докладніше — в огляді.


Перетворювач потрапив до мене не сам по собі, а в комплекті з блоком живлення Meanwell на 48 вольт, 350 Вт, який купували для спільної роботи саме з цим перетворювачем. Але про блок живлення розповім іншим разом, адже сьогодні йтиметься лише про перетворювач, хоча в процесі доведеться згадати й про нього.

Перетворювач купував на Taobao, посилання на AliExpress веде на один із лотів із нормальною ціною, є ще одне посилання, ціна трохи вища, зате відгуків більше.

Упаковка перетворювача чимось нагадує упаковку популярних перетворювачів серії RD60хх.


Перетворювач зазвичай продається в чотирьох варіантах комплектації:
1. Перетворювач + дроти
2. Перетворювач + дроти + модуль UART - USB
3. Перетворювач + дроти + модуль RS485
3. Перетворювач + дроти + модуль WiFi

Ціни на AliExpress зазвичай коливаються від 25–26 за мінімальну комплектацію до 30–31 за версію з модулем WiFi або RS485.

У мене найпростіший варіант — лише перетворювач і дроти для підключення навантаження


Повні характеристики перетворювача, а також програмне забезпечення та інструкцію можна завантажити за посиланням.

Видно, що він дуже схожий на модель DPS5005, але водночас помітно більший за габаритами.


Комплектні дроти мають довжину близько метра: з одного боку — «банани», з іншого — «крокодили». Переріз не вказано, але на дроті написано 29х0.15, що, ймовірно, означає 29 жил по 0.15 мм².
Припаяно нормально, та й «крокодили» непогані. Щоб оцінити переріз, виміряв опір дротів — добре, що довжина якраз зручна. Вийшло 35 мОм на метр, що відповідає дроту перерізом 0.5 мм², отже, 0.15 у маркуванні — це не переріз, а діаметр жил.
Дроти м’які, але хотілося б більшого перерізу.


У комплект не поклали навіть інструкції чи якоїсь брошурки, тож переходимо до перетворювача.


Конструкція корпусу передбачає встановлення на панель; аналогічну конструкцію мають і перетворювачі RD60хх


Розміри:
зовнішні довжина й ширина — 120х74 мм
монтажні довжина й ширина — 116х70 мм
глибина корпусу — 35 мм
повна глибина — 65 мм


Ключові відмінності від DPS/DPH — дисплей діагоналлю 1.8 дюйма замість 1.44, значно більше елементів керування, а кнопки набагато зручніші.

У верхній частині передньої панелі розташований дисплей, праворуч — кнопки налаштування напруги, струму, порогів захисту та подавання напруги на вихід.
Посередині — «джойстик»: переміщення курсора вгору/вниз і вліво/вправо, а також кнопка OK. На ці кнопки також призначено комірки пам’яті. Праворуч — енкодер із кнопкою: натиснувши її, входимо в меню.
Нижче — пара клем для підключення навантаження та кнопка ввімкнення самого перетворювача.

Дисплей сильно втоплений у корпус, але більше впало в око оформлення рамки: створюється враження, ніби це екран телевізора КВН-49.


Усередині також помітна схожість із RD60xx: конструкція складається з двох плат — силової та керування.


1. На нижній платі є два роз’єми для підключення модулів USB/WiFi/RS485, а також контактні майданчики з розведеними лініями VCC/GND/SWDIO/SWCLK.
2. Вхідного фільтра перешкод немає, але, як і в RD60хх, є запобіжник, конденсатор і захист від переполюсування.
3. Два вхідні перетворювачі напруги. Основний виконаний на XL7015 із вхідною напругою до 80 вольт, що за заявленої напруги живлення 55 вольт дає дуже пристойний запас.
4. Пара силових елементів накрита радіатором, ліворуч — відносно невеликий дросель.



Принцип підключення модулів для з’єднання з ПК такий самий, як у RD60xx. Різниця лише в тому, що тут для WiFi використовується один роз’єм, а для решти інтерфейсів — інший. Але є особливість: модель UART-USB має планку для встановлення на передню панель і, схоже, роз’єм USB-C.


ШІМ-контролер і його обв’язка.
На жаль, визначити, який саме контролер використано, я не зміг. Перебрав відомі мені, але майже в усіх земля була на 12-му виводі, а тут — на 11-му, водночас до землі під’єднані виводи 3 і 5.


1. Три операційні підсилювачі, стабілізатор напруги й транзистор, який, найімовірніше, стоїть у колі генератора струму паралельно виходу. У верхнього лівого ОП видно конденсатор, який явно припаяли вже пізніше. Крім того, відзначу невдале місце для стабілізатора напруги — просто навпроти засувки.
2. На виході — пара шунтів по 25 мОм, з’єднаних паралельно, запобіжник на 15 А і знову сліди паяння. Краплі припою є і на платі, і навіть на одному з електролітичних конденсаторів.
3, 4. На вході й виході встановлено конденсатори 330 мкФ 63 В виробництва Gemcon: один на вході й три на виході, причому пара стоїть до шунта, а один — після.


Верхню плату знімав уже після всіх тестів, щоб не порушувати коректність тестування. Механізм уже знайомий: випаюємо силові клеми, виймаємо їх, а потім дістаємо плату.


Знизу верхньої плати нічого немає, лише роз’єм для з’єднання з платою керування


Загалом, уже під час зняття осцилограм я знав, що всередині синхронний випрямляч: це було видно за характером пульсацій на виході. Але те, що там стоять здвоєні транзистори, трохи здивувало. Здивувало й те, що термопасти там справді «кіт наплакав», тож довелося потім нанести звичну КПТ8.
Встановлено чотири N-канальні транзистори RU7570L з максимальною напругою 70 В і опором 9 мОм.

Під радіатором також встановлено термодатчик.


На платі керування компонентів небагато: пара стабілізаторів, EEPROM 24C02 і мікроконтролер STM32F103.
Компонентів мало ще й тому, що тут USB-модуль окремий, відповідно, немає ні гальванічної розв’язки, ні конвертера.


Модуль справді дуже схожий на RD60хх, я б навіть сказав, що він виглядає як молодший брат. Навіть у енкодера така сама ручка й такі самі крапочки біля неї.


Корпус, схоже, також зроблено за тим самим принципом, що й плати всередині. Не здивуюся, якщо його розробляли ті самі люди, які створили RD60хх.


Для перших проб використовувався той самий Мінвелл, який показував на початку, але напругу підняв до рекомендованих 55 В. Спочатку перетворювач увімкнувся з активованим виходом, але, можливо, так налаштувала людина, яка його мені надіслала.
Навіть кнопка ввімкнення реалізована так само, як у RD60хх: поки перетворювач у режимі очікування, яскравість її підсвічування плавно змінюється від 0 до 100%.



1, 2. Під час увімкнення з’являється логотип, а потім перетворювач переходить у робочий режим.
3. Спочатку меню китайською, але загалом нескладно знайти, де перемикається мова.
4. Є два варіанти мови: китайська й англійська
5, 6. Крім звичайного варіанта відображення, є опція показу показань у вигляді графіка. Але тут виробник вирішив відзначитися й зробив рух «осцилограми» не справа наліво, а зліва направо, що одразу впадає в око.
7. Одразу вимкнув неприємний зумер, який підтверджує кожне натискання, і автоввімкнення. Щоправда, короткий писк під час увімкнення залишився.
8. Тут же можна вибрати режим зв’язку — дротовий або WiFi, а також задати швидкість обміну даними й адресу.
9. Яскравість регулюється на 7 рівнях — від 0 до 6. Підсвічування досить яскраве, і зображення добре видно навіть за мінімального налаштування.


Регулювання реалізоване за звичайним принципом: натискаємо відповідну кнопку й переходимо в режим налаштування мінімального кроку, а переміщуючи крок налаштування, можемо встановити потрібне значення. Але є нюанси: кнопки ввімкнення розташовані вгорі праворуч, а кнопки переміщення ліворуч/праворуч — унизу ліворуч. У результаті трохи незручно, та незручності додає ще й те, що приблизно через 30 секунд перетворювач виходить із режиму налаштування. Тобто регулюємо напругу, відволіклися на хвилину, хочемо ще трохи підкрутити, а треба знову все натискати й вибирати...

1. Налаштування напруги
2. Налаштування струму
3, 4. Установлення захисту від перевищення напруги або струму.

Якщо щодо встановлення захисту від струму запитань немає — це може бути зручно, адже захист тригерний і при цьому не переводить перетворювач у режим CC, то захист від напруги потрібен значно рідше, хоча, мабуть, його теж можна використовувати в деяких ситуаціях. У будь-якому разі річ корисна.


1. Також є режим відображення накопиченої ємності в А·год, енергії у Вт·год і вхідної напруги. Він вмикається кнопками вгору/вниз, а тривале натискання кнопок пам’яті активує відповідну комірку.
2. Про режим відображення у вигляді графіка я вже писав, але трохи уточню. Річ у тім, що автоматичного масштабування немає: внизу виводиться значення на поділку по вертикалі для напруги й струму — за замовчуванням 2 вольти та 200 мА на поділку. Відповідно, якщо значення буде більшим, отримаємо нісенітницю.
3. Кнопками вліво/вправо вибираємо потрібний параметр, а обертанням енкодера змінюємо значення, щоб графік відображався повністю.
4. Якщо натиснути кнопки налаштування напруги, струму й захисту, праворуч з’явиться відповідне меню, як і у звичайному режимі. Прибрати його можна повторним натисканням або дочекатися, поки воно зникне саме за пів хвилини.



Перетворювач має фіксовану різницю між вхідною та вихідною напругою, тому встановити на виході більше за задане не вдасться.
1, 2. Наприклад, за вхідної напруги 50.76 мені вдалося встановити 47.16 вольта, а за 53.75 — уже 50.02 вольта. Різниця становить 3.6–3.7 вольта.
3. Під час налаштувань перетворювач чомусь самовільно вимкнувся. Точніше, він вимкнувся через спрацювання захисту в Mean Well, і це здалося дивним.
4, 5. Якщо вхідна напруга нижча за встановлену — наприклад, під час налаштування вона була вищою, але згодом знизилася, — то під час спроби активувати вихід перетворювач вимкнеться. При цьому вихідна напруга знижується дуже плавно, я навіть без проблем сфотографував цей процес.
6. Обертання енкодера вниз не скидає напругу до максимального ліміту для поточної вхідної напруги, тому потрібно прокрутити енкодер вліво/вправо, щоб він заново встановив ліміт для напруги, яка подається зараз. Після цього перетворювач працюватиме коректно.



Під час вимкнення вихід просто від’єднується, без навантаження з боку перетворювача, тому напруга знижується дуже плавно.


Якщо вихід активний, напруга швидко встановлюється як у бік збільшення, так і зменшення. Це було б добре, якби зрештою Mean Well не переходив у захист. Причому, судячи з того, що він не перезавантажується, як після перевантаження за струмом, а його тригерні захисти спрацьовують від перегрівання та перенапруги, найімовірніше, з боку перетворювача виникає якийсь викид.

Відзначу, що енкодер працює добре: нічого не «прослизає», а параметри можна змінювати з дуже великою швидкістю.



Поки бавився з перетворювачем, звернув увагу, що за активного виходу індикатор показує ненульовий струм без навантаження — траплялося і 2, і 3, і 6 мА.
У меню є опція встановлення нуля, якої не зустрічав в інших перетворювачах. Найімовірніше, її додали через недопрацювання схеми.
Після автоматичного коригування все нормалізувалося.


Трохи вимірювань.

Тест 1. Перевірка точності встановлення та вимірювання вихідної напруги.

На виході перетворювача встановлював напругу 0.1, 0.5, 1, 5, 10, 20, 30 і 51 вольт. Не скажу, що все зовсім добре, але нормально.
Зазначу, що встановити напругу нижче 0.1 вольта не вдасться, хоча крок регулювання становить 0.01: на виході буде або 0, або 0.1 і вище.

Перевірка проводилася за вхідної напруги 55 вольт.


Тест 2. Перевірка точності встановлення та вимірювання струму.
Навантаженням слугували шунт мультиметра та під’єднані до нього дроти. Встановлював струм 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500 мА, 1, 2 і 5.1 А.

Точність гірша, ніж під час встановлення напруги, але для недорогого перетворювача нормально.


Тест 3. Точність підтримання вихідної напруги залежно від навантаження.

Як завжди, я порівнював вихідну напругу за невеликого навантаження (близько 50 мА) і майже повного (тут 5 А).

Можна було б сказати, що все добре, а в деяких режимах навіть чудово, якби не «нюанси».


Проблема проявлялася за будь-якої напруги, але помітнішою була за напруги від 20–30 вольт.
1. За напруги 36 вольт без навантаження все чудово: напруга майже не змінюється.
2, 3. Під навантаженням напруга почала коливатися в діапазоні приблизно від 35.995 до 36.040. Не скажу, що різниця велика, але мені не подобається, що це взагалі відбувається.
4, 5. Перевірка в режимі, близькому до максимального: знову можна сказати, що все чудово, але «гойдання» також були, просто на фото потрапили близькі значення.
6. Водночас БЖ чудово працював із різницею між вхідною та вихідною напругою 4 вольти, та й ККД, здається, непоганий.


Тест 4, пульсації на виході перетворювача.

Як і завжди, спочатку перевірка без навантаження, за 33, 66 і 100%, середня напруга — 25 вольт, оскільки в такому режимі пульсації зазвичай близькі до максимальних.

Вимірювання проводилися з конденсаторами 1 і 0.1мкФ, підключеними паралельно до щупа, і можу сказати, що все має цілком пристойний вигляд: за максимального струму розмах становить до 75-80мВ.


Тут струм у всіх режимах однаковий — 5 ампер, але вихідна напруга різна: 5, 12 і 48 вольт.

Ще під час попередніх вимірювань я помітив певне «хитання», але тут воно було сильнішим, тому подивився за різного часу розгортки.
1, 2. 5 вольт 5 ампер
3, 4. 12 вольт 5 ампер
5, 6. 48 вольт 5 ампер.

Видно, що насправді напруга постійно коливається в досить широких межах, саме це й спричиняло коливання напруги під навантаженням, про які я писав раніше.


Також уже звичні тести:
1, 2. Подавання та зняття напруги 5 вольт на виході. Після вимкнення напруга дуже плавно спадає.
3, 4. Реакція на підключення/відключення навантаження. На виході було встановлено 12 Вольт, постійно був підключений резистор 30 Ом, а паралельно до нього підключався (або відключався) резистор 3.3 Ома, відповідно тут реакція на стрибок струму 0.4-4А і 4-0.4А.
5. Перехід із режиму CV у режим CC, напруга 15 вольт, струм навантаження 4.5А, встановлено обмеження 3А.
6. Ті самі параметри навантаження та налаштувань, але зворотна дія — перехід із CC у СV.

У перших двох випадках усе нормально, викидів немає; немає їх і під час подавання живлення на модуль та ввімкнення з режиму очікування, що добре.
У третьому й четвертому випадках також непогано, є невеликий викид близько 0.5-0.6 вольта під час зняття навантаження.
А от перехід із режиму CC у CV справді здивував: мені навіть довелося змінити вертикальний масштаб, бо осцилограма просто не вміщалася на екрані. За встановлених 15 вольт викид сягнув 28 вольт, тобто майже вдвічі більше — це вже небезпечно.



«Паяльниковий тест». Тут як навантаження підключено паяльник TS100 і перевіряється реакція БЖ на постійні стрибки струму навантаження.
Цікаво, що тут результати дуже хороші й кращі, ніж у перетворювачів серії RD60хх.




Тест 5, оцінювання ККД.
Перевірка проводилася за струму навантаження 5А, вхідної напруги 55 вольт і вихідної — 5, 12, 24, 36 і 48.
Отриманий ККД становив відповідно 86.8, 93.1, 95.3, 96.7 і 97.4%, що дуже непогано; струм споживання без навантаження за вихідної напруги 48 вольт становив 32мА, а за неактивного виходу — лише 16мА.


З перегріванням проблем також немає: спочатку я ганяв його близько 20 хвилин, потім ще з пів години, і зрештою температура радіатора становила 53-54 градуси — це був найгарячіший елемент. Загалом і дросель, і радіатор можна було торкатися пальцями, тож запас за температурою ще є. І в цьому плані мене дивує модуль RD6006, у якого радіатор із вентилятором.


Програмне забезпечення перевірялося лише у версії для комп’ютера, через підключення UART-USB-конвертера від одного з моїх електронних навантажень. Оскільки модуля WiFi немає, програму для смартфона не пробував.

Ну що сказати, програма майже повністю нудна, усе примітивне до невпізнаваності, тож RuiDeng поки може спати спокійно :)


Зате виявив стабільний глюк із вимкненням. Річ у тім, що під час тестів я користувався блоком живлення RD6018, а коли вимірював ККД, то для підвищення точності взяв RD6006. Якщо в програмі вибрати, наприклад, вихідну напругу 50 вольт, а потім одразу 5 вольт, RD6006 майже гарантовано (з імовірністю 90%) переходить у захист від перенапруги на виході.


Підключив мультиметр, щоб подивитися, що він покаже в режимі макс/мін, хоча правильніше було б підключити тут осцилограф, але на той час я вже прибрав його зі столу.
Ліворуч ті 10% імовірності, що перехід із 50 до 5 вольт відбудеться коректно: сплеск сягнув лише 63.36 вольта, наступна спроба дала більший сплеск, і RD6006 вимкнувся.


Ось який вигляд це має в динаміці: спочатку активую вихід із напругою 5 вольт, потім піднімаю її до 50, а тоді знову знижую до 5.


Мені спадає на думку один із варіантів, чому так відбувається, і, найімовірніше, винен синхронний випрямляч і некоректне керування ним. Якщо подивитися на схему знижувального перетворювача (ліворуч), то побачимо класичний Step-Down конвертер, але якщо розмістити її дзеркально, то вийде не менш класичний Step-Up. Тобто Виходить, що за різкого зниження напруги на виході нижній транзистор продовжує працювати, виконуючи роль силового ключа Step-Up, а верхній транзистор хоч і вимикається, але його паразитний діод залишається в роботі.
У результаті все, що накопичилося на вихідних конденсаторах, через підвищувальний перетворювач надходить на вихід модуля і, відповідно, на вихід блока живлення, який живить увесь пристрій. А оскільки в Mean Well є захист від перенапруги, то він спрацьовує.

Найпростішим рішенням видається встановлення діода між блоком живлення та перетворювачем, але так робити категорично не можна, адже стрибок напруги буде ще більшим: тоді ніщо не поглинатиме його енергію. Відповідно, напруга легко може перевищити 80 вольт, далі — пробій ШІМ-контролера живлення схеми керування і купівля нового перетворювача.
Можна встановити супресор або якийсь паралельний стабілізатор напруги, але, як на мене, простіше збільшити ємність конденсаторів на виході блока живлення. Також слід враховувати, що енергія «віддачі» може зрости, якщо від перетворювача живиться навантаження з великою ємністю.

Коли вже писав ці рядки, подумав, що проблема може бути ще глибшою, якщо до виходу перетворювача під’єднано акумулятор...
У цьому разі, мабуть, врятує лише встановлення діода між виходом DC-DC і вихідними клемами.


Після зникнення живлення перетворювач ще якийсь час працює і передає дані про напругу та струм, потім гасне, і зв’язок зникає.


Тепер, як завжди, висновки.
Навіть не знаю, що й сказати. Власне, спочатку я навіть хотів похвалити його: сам перетворювач непоганий, особливо сподобалися ККД, низькі пульсації та стабільність роботи, але є купа «нюансів».

1. «Плавання» вихідної напруги під навантаженням.
2. Дуже сильний стрибок напруги під час переходу з CC у CV.
3. Стрибок напруги на вході за різкого зниження вихідної напруги.
4. Не дуже зручне керування
5. Місцями низька якість складання, сліди паяння, відсутність термопасти.
6. Надто просте ПЗ
7. Додайте свою причину.

На мій погляд, перетворювач хоч і недорогий і, мабуть, вартий своїх грошей, але дуже сирий. Думаю, виробникові варто серйозно замислитися над доопрацюваннями.

На цьому поки все, сподіваюся, було корисно.