可调式SEPIC电压转换器XYS3580

终于轮到我来评测这款大家多次提到的XYS3580转换器了。为什么不写呢？它支持宽范围输入，功率最高可达80 W，不过后来发现它有不少“细节”值得一说，今天我就来聊聊。
外观检查、测试、示波器波形，以及一次小小的应用尝试。


其实我买这款转换器纯粹是为了评测，因为已经有好几位老读者向我提起过它。顺便我还想做一个尽可能小巧的可调电源，至少也要接近这个目标。可惜实际情况比我最初计划的要糟一些；而且因此，这篇评测的顺序可能不会按逻辑展开，而是更接近时间顺序，所以话题之间可能会有一些“跳转”。不过，还是先进入正题吧。

宣传页面承诺了漂亮的外观、数字控制和最高80 W的功率，当然也有一些限制。


扩展版介绍中既有几张屏幕截图，也列出了更完整的参数。
主要参数如下：
输入电压：6–36 V
输出电压：0.6–36 V
输出电流：0–5 A
输出功率：80 W
最大输入电流：7 A
电压设定分辨率：0.01 V
电流设定分辨率：0.001 A
电压设定精度：±0.3% +1位
电流设定精度：±0.4% +3位




包装极其简单：一个不起眼的小纸盒，里面是个用气泡膜包着的东西。


除了转换器本身，什么都没有，连说明书也没有。


这种外壳规格大概已经成了标准，现在不少设备都采用同样的外壳，比如信号发生器、转换器，甚至电子负载。在我看来，这种尺寸很实用，唯一的问题是屏幕太小。


为了方便安装，附有尺寸图。


前面板上有一块27×27 mm（1.44英寸）的屏幕、一个按压式编码器和一个电源按钮。总的来说，这些就是控制所需的基本配置；再少的话，就只能像我在上一篇评测中写的那样，去掉独立按钮了。


背面是电路板和用于连接输入、输出的接线端子。我觉得这个端子质量比较差，完全可以换个好一些的。接线时请注意，输入负极和输出负极并不等电位，不能把它们直接连在一起。



散热由一个小散热片和一只30×30×10 mm的风扇负责。风扇会根据负载和输出电流运行，这当然挺不错，不过转速无法调节。


由于转换器采用SEPIC拓扑，电路板上有两个相同的电感（是的，我知道SEPIC也有只用一个电感的方案），中间是一个隔直电容。
散热片另一侧有一对运算放大器，既负责测量电流和电压，也负责设定它们。这里还有输出电容，分别是470 µF和220 µF、50 V。


不过，拆开后我马上就不喜欢它的结构了：两块电路板像“三明治”一样叠在一起，这本身倒没什么问题；问题是上层电路板仅靠连接器固定，插头一拔，电路板就很容易松脱。
建议使用前先想办法把电路板固定好。


大致可以把两块电路板分为功率板和控制板：功率板上有电感、电容、晶体管等元件，控制板上则有微控制器、显示屏和编码器。
功率板采用双面贴装，底面也有不少元件。中间可以看到一个防反接晶体管，我觉得这在某些情况下很有用；不过如果是固定安装使用，最好把它短接。


XL1509负责给“控制部分”供电；据我所知，右侧是风扇控制晶体管。
底面还有一个用于降低纹波的电感。SEPIC的纹波本来就比较大，因此这种设计算是厂商做得不错的一点。 不过电感其实可以选大一点的。


微控制器，独立的电源稳压器，没什么特别的。


这是完全拆解后的样子。顺便说一句，和功率板不同，控制板很难取出来。


前面有几根支柱、显示屏、编码器和一个按键。按键手感不错，按起来不算太紧。
想起DPS电路板曾经出现过的问题，我检查了一下编码器旋钮是否绝缘。当时正是因为没有绝缘，静电才导致了故障。


风扇工作电压为5 V，我想有需要时不难找到替代品，也可以换个功率更大的。


这就有点出乎意料了：散热器不仅直接压在元件的塑料外壳上，这里居然还没涂导热硅脂。真是错上加错！


这里装的是我们已经见过的FP5139 PWM控制器，它也出现在我对SEPIC电路板的评测中。简单来说，这颗芯片的工作频率最高可达500 kHz，这有助于缩小电感的尺寸，但也给功率晶体管的驱动带来了麻烦。
顺便说一下，B75NF75B75NF75晶体管的参数为75 V、80 A、9.5 mΩ。由于频率较高，PWM控制器的输出通过射极跟随器进行了增强。
左边是B10100G二极管阵列，参数从型号就能看出来：10 A、100 V。晶体管和二极管阵列之间有一个小型热敏电阻。


元件焊接得很漂亮，功率元件的焊点甚至漂亮得有些过头了，感觉焊锡用得太少。


组装前我还是没忍住，给晶体管和二极管阵列都涂上了导热硅脂，顺便确认安装时散热器不会歪斜。


开机时会显示一段简单的动画，随后转换器进入正常工作状态。它没有“默认”界面，会记住关机前显示的界面，设置也是如此。


电路板的功耗。
这里的情况有点复杂：输出未启用时，功耗很低，大约30 mA，而且不受输入电压影响（考虑到有DC-DC转换器，这一点很奇怪）。但启用输出并设为30 V后，输入电压为12 V时，功耗会升至100 mA（1.2 W）；输入电压为35 V时，更是高得离谱，达到55～60 mA（接近2 W）。

输出端并联了一个2.2 kΩ电阻，在30 V时它会耗散0.4 W。即便如此，功耗为什么还是这么高？毕竟这2 W最终全都变成了热量。

更离谱的是，在各种瞬态过程中，这块板子有时会消耗3 W，甚至高达11 W！
下面两张照片可以看到电源的读数，以及转换器输出端什么都没接时的情况。


控制与信息显示。

1. 如我之前所说，开机时会显示一段小动画。
2. 主界面：当前电压、电流和功率；右侧显示工作模式和电路板温度；底部显示设定的电压和电流。
3. 辅助界面：显示累计容量（Ah和Wh），以及上次清零后运行的时间。
下方显示电路板输入电压，以及输出电压和电流。
4. 显示电流和电压曲线。看起来挺有意思，但屏幕这么小，实用性不高。
5、6. 设置。
M-PRE - 自动启动已设置的记忆单元。
U-SET - 默认电压设置
I-SET - 默认电流设置
S-LVP - 输入电压下限
S-OVP - 输出电压上限
S-OCP - 输出电流限制，最高5.2 A；只有在启用输出时电流超限才会触发。
S-OPP - 最大输出功率
S-OTP - 过热保护触发阈值
S-OHP - 工作时间限制
S-OAH - 容量限制（Ah）
S-OWH - 容量限制（Wh）

设置里有个奇怪的地方：没错，转换器默认会按默认电流和电压设置启动，但我遇到过它记住上次设置的数值，并按这些数值启动的情况。更有意思的是，我写评测时才发现，它会按照设置菜单里的数值启动。

7. 其他设置
背光亮度调节
屏幕自动熄灭时间
温度传感器校正
配色设置

8、9. 默认亮度为3级，可在1到5级之间调节。我一上来就设成了5级，因为屏幕不太亮。


1、2、3. 设置电流/电压很简单。点击编码器，电压或电流设置行会高亮显示（通过旋转选择）；再点击一次可选择调节步进，电压最大为1 V，电流为0.1 A。退出时会自动保存，下次点击编码器时会选中上次使用的项目。
4. 图表可以显示，但正如我之前所说，它的实用性还有待商榷。顺便说一句，不知道为什么，相机拍这种屏幕时，红色总是比其他颜色显得更暗淡……
5. 真让人惊喜的是，输出功率竟然最高可以设到110 W！
6. 不过，最低输出电压只能从0.6 V起，这倒让我有些意外。类似设备通常还是会做到从0 V开始。


长按电源键可以启用屏幕画面旋转功能，可能对某些人有用。


输出电压设定精度。
说明中标称精度为0.3%，实际在最高电压时测得0.7%，偏差有点大。


电流的允许误差稍大一些，为0.4%。实际在最大电流时，我测得的误差接近0.5%。不过考虑到允许误差为最低3位数字，这个结果勉强算是合格，但确实是擦着边。


不，这还不是在测效率，只是观察到的现象。
测试电流设定精度时，我注意到输出功率只有1.6 W，电源输入功率却接近15 W，输入电压为12 V。把电压升到24 V后，情况基本没变，准确地说甚至更糟了。
也就是说，转换器竟然有整整14 W都变成了热量！


另外我还注意到，调节输入电压时，在28～32 V左右且输出带载的情况下，电源偶尔会触发限流，也就是进入CC模式。可上面已经看到，功率并不大，而且我的电源限流值设在5.1 A。

总之我折腾了半天，期间注意到温度升到了大约75度。就在一次这样的调节过程中，转换器的屏幕变白了，电源输出电流也降了下来，看起来电路板像是关机了。
我心想，这下小家伙完蛋了……



果然，检查发现输出端电阻约为4 Ω。大约20分钟后屏幕恢复了，但尝试开机时转换器报OEP错误。后来我才明白，这是输出参数设置错误，也就是说转换器无法输出设定的任何参数。


了解SEPIC转换器的拓扑结构后就不难明白，这种故障可能是输出二极管损坏造成的。如果是晶体管损坏，电路板根本无法启动；而且要在这种情况下造成短路，还得连隔离电容也击穿才行。


果然如此。我把二极管组件的两个引脚都抬起来，其中一个二极管已经短路。焊上一个正常的半边后，我试着启动了一下。


电路板启动了10～20秒，刚好够我拍张照片，然后又报错停机了。


结果还是一样，输出端短路。有意思的是，我找到的数据手册里说这不是由两个二极管组成的组件，而是单个二极管；可如果真是这样，拆掉一个引脚后它就不该还能工作……
不管怎样，这个组件还是坏了。


我从一块不知道什么显示器的电路板上拆下一个MBR10100组件，焊到原来那个的位置上。显然它的封装不一样，所以只能竖着装。之后我又把同一块显示器电路板上的散热片装了上去。
开机检查，一切正常。


说明中提到，这款转换器可以用来给电池充电。实际上，根据转换器的拓扑结构，这一点本来就显而易见。 不过要注意，输出端并联了一个2.2 kΩ电阻，停止充电时它会给电池放电。



负载测试。
说明中说最低输入电压为6 V，实际上电路板在5 V时就能工作，但尝试设置较高的输出电压时，它会先短暂输出该电压，随后便复位。
输入电压为6 V时，工作状态已经算是比较正常了，但我不建议指望它能输出很大的功率。


不过，用6 V给这种电路板供电意义不大，所以我从12 V开始测试，这个电压最接近实际使用情况。
先把输出设为5 V，输出功率接近25 W时电路板就关机了。输出电流限制触发，因为电流几乎达到5.1 A。与空载时相比，电压下降了50 mV。


把输出设为30 V后，触发的是电路板输入保护，因此最大功率只有60 W。输出电压下降了40 mV（图表左侧是测试开始时的电压，右侧是结束时的电压）。


好吧，我明白12 V不足以让它正常工作，于是把输入提高到19 V，相当于用笔记本电脑电源适配器供电。

输出为5 V时没必要测试，因为我已经碰到了输出电流上限，所以把输出设为30 V（我的电子负载所能承受的最高输入电压）。
这次触发的是输入电流截止保护，但输出功率达到了80 W。


保护触发时会显示不同的提示，这次显示的是OPP，即过功率保护。
我想起来功率可以调高，于是设为100 W。


用相同参数再次测试，这次转换器因输入电流超限而关机，输出功率为92 W。原则上这很正常：19×5.1=99 W，而且还要考虑转换效率。


好吧，我把输入电压提高到35 V，再次测试，得到了预期的100 W。


不过设置中的功率上限是110 W，我试着把它设到这个值。


输入36 V，输出22 V，成功得到110 W功率。


测试是在自动模式下进行的，所以我只能“匆忙”拍了张照片，不过还是能看出实际功率确实接近110 W。


然后转换器又举起了白色的旗子屏幕……
说实话，这段时间它一直用白屏把我烦得够呛，不过我发现：
1. 静置约20分钟后，画面会恢复。
2. 这种情况大多发生在内置温度计显示约75度时。
3. 关掉电路板再重新开机，屏幕仍然是白的，但功能都正常。不仅可以打开输出，还能调节电压和电流，只不过得凭记忆操作。
4. 这种情况下，断电后重新上电并启用输出时，电路板会输出关机前的电压，而不是“默认”设置的电压。而且可以反复开关输出，它始终会记住关机前最后一次设置的值，即使白屏时修改了设置也一样（为了加快测试，我不得不这么做）。
5. 有时温度更低时也会出现白屏，突然一下就白了。我试过给它降温，但没用，只能等一会儿，然后重新给它上电。



测试过程中，转换器还是热起来了，尽管我中间有停顿。当然，你可以说我把散热片拆掉了，但朋友们，咱们还是客观一点：
1. 原本散热片就没涂导热膏，根本起不到散热作用。
2. 涂上导热膏也没什么帮助；即使把散热片放进液氮里冷却也无济于事，因为想通过塑料外壳散热根本不现实。
3. 二极管被移到了电路板外面，因此不会加热电路板，晶体管的热负荷也明显减轻了。

结果，晶体管在短时间测试中很容易升到75～80度；功率达到100～110 W时，温度甚至超过120度。根本谈不上长时间测试。


后来我发现，遇到这个问题的不止我一个人，甚至还有一种“民间解决办法”。AliExpress的评论区里有人展示了改造方案，非常感谢他。不过，老规矩，还是有几个“但是”：
1. 很难找到合适的金属片：不能太薄，否则导热效果不好；也不能太厚，否则根本弯不动。
2. 把它们焊上去也可能不是件容易事，不过这算是最小的问题了。
3. 需要把它们调到同一平面上。
4. 最棘手的问题是，必须确保散热器与这些金属片绝缘，因为元件外壳之间并不导通；此外，如果把散热器和晶体管的法兰连接起来，就会变成一个强力干扰源，因为转换器的工作频率高达500 kHz。


我有点好奇，于是决定测量不同工作模式下的效率。由于这款转换器不仅输出电压可调，输入范围也很宽，因此测试项目非常多。为了节省篇幅，我把结果整理成了几张图表，分别对应不同的输出电压。

输出5 V，输入分别为12、19和35 V，横轴上的单位对应每5 W一个档位。

可以看到，输入和输出电压相差较大时，转换器降压工作会比较吃力，这也不难理解：SEPIC拓扑虽然通用，但代价就是效率会降低。


输出12 V，输入分别为12、19、28和35 V，情况类似：输入电压较高时，效率又会下降；19 V时效率最佳。
从这里开始，横轴上的单位都对应每10 W一个档位。这里也能看出，12 V的曲线更早结束，因为这种模式下功率最高只能达到60 W。


输出24 V，基本上和上面说的一样。


这项测试算是补充测试，输出30 V，输入为12和35 V。
没什么特别的，只是12 V升到30 V的曲线在20 W时就结束了。是的，我也没弄明白为什么，但插入30 W负载时，转换器就会切断输出；而逐步增加负载时，我却能测到最高60 W……


纹波。
虽然之前没有特别提到纹波，但我早就预感情况不会太好，而且我的担心并非多余。 问题在于，这又是SEPIC拓扑的一个缺点：它的纹波通常比常见的降压转换器更大。

纹波幅度几乎不受工作状态影响，在测试过的组合中，只有35-30 V、80 W这一组的纹波较小。


测量时，我注意到示波器波形有明显的倾斜，果然没猜错：在某些工作状态下，尤其是输入电压较高、输出电压较低时，如果把时基调慢，就会看到这样的波形……


准备评测的同时，我还试着实现一个小型可调电源的想法。为此需要一个前级电源，我用的是基于经典IR2153的简易电路。可惜市面上没找到带D后缀的版本，所以只好在高侧驱动器上加了一个二极管。

电路非常简单，没有短路保护。按原计划，这项保护由转换器板本身承担，因为它有输入过流保护。不过为了保险起见，我还是在输出端加了一个5 A保险丝。
C12和C13最好用0.22 µF的电容，但我家里没有这种规格的，受疫情影响也没法马上买到。变压器取自ATX电源，没有重新绕制；其余元件大多来自拆机的液晶显示器电路板。


我那台老旧的6005电源里已经用了大约5年类似的电源，只不过那台功率更大，有两个输出端，还用DC-DC 34063调节风扇转速。

不过在我看来，这种情况下直接用一个合适的成品电源要简单得多，比如24 V、功率120-150 W的电源，没必要折腾自制方案。


之后我根据电路画了一块同样简单的电路板，并用LUT和纸张制作出来，方法也在我的一篇评测中介绍过。


目标是为特定外壳制作一个尽可能紧凑的电源。


外壳是我按尺寸凭感觉买的，关键是转换器能装进去。


由于外壳可选的不多，只好把输出接线端子移到后面板。接下来就是用电磨、电动螺丝刀、锉刀，再加上一点手工活。


布局虽然比较紧凑，但空气仍有足够空间从侧面的开孔流向风扇，不过也许应该再多开几个孔。


设备基本做好了，可惜接线端子没法放在前面板上，而再大一号的外壳又大得离谱。
这款外壳其实有三种高度组合：我用的是中间款，一半高、一半低；家里还有两半都低的款式，也可以买两半都高的，但当时同样没货。要不然就只能买两个中间款再拼起来。


还得给风扇加个防护网，再把螺丝换成黑色的。


虽然转换器的散热还需要改进，我也已经有了一些想法，但它现在已经能正常工作了，只是在负载功率较大时会很快过热并关机。另外，最好还是把变压器重新绕一下。


现在来总结一下前面说的内容。
在我看来，这款转换器的缺点多于优点。它会过热，厂家忘了涂导热膏，而且散热设计本身也不合理。纹波幅度大，效率低，还会时不时跳出白屏。总的来说，用起来感觉它有点“迟钝”：调节电压时有些拖沓，界面响应也偏慢；有时会以默认参数启动，有时则会恢复断电前的参数。

不过它也确实有优点。我个人很喜欢它实用的输出电压和电流调节范围。当然也可以把调节范围做到从零开始，但以我的实际使用经验来看，很少需要低于0.6 V。
软件功能也不错。唯一希望增加的是：当电流降到设定值的1/10以下时，能够彻底停止充电，也就是模拟一台完整的充电器。

还可以做哪些改进来降低发热、提高效率？
1.更换功率晶体管。在我看来，这么做意义不大，除非是为了更方便地安装到散热器上——我打算这么做。
2. 把输出二极管组件换成电流规格更大的型号，可以降低发热、提高效率。
3. 去掉防反接保护晶体管，这样转换器功率晶体管下方的电路板发热会减少，效率也会提高。
4. 把与输出并联的电阻移到远一些的位置，减少电路板受热。
5. 更换电容，尤其是位于电感之间的去耦电容，换成ESR更低的品牌电容。这或许既能提高效率，也能减小纹波。
6. 把输出电感换成额定电流更大的型号，也能稍微降低发热。
7. 把转换器的电感也换成更“高电流”的型号，可以降低发热、提高效率。

当然，细心的读者会问：需要做这么多改动，这种转换器还有意义吗？我觉得有，设计思路本身不错，但是否有经济上的意义，我就不确定了。
这款转换器在AliExpress上售价13.90美元。

总的来说，一开始在这里采用SEPIC方案就是个错误，尤其是输入电压高、输出电压低时，效率下降得很明显。如果真想把设计做得漂亮又合理，我会建议厂家采用LTC3780。它不是SEPIC，但属于通用型转换器，效率不错，同时没有SEPIC的一些缺点，比如纹波水平方面的问题——评测。

我的评测就到这里。这个电源我很可能会等隔离期结束后再改，或者等我在家里找到需要的元件，比如电容和合适的晶体管。另外还需要一个同尺寸的风扇，这个我家里肯定没有 :(