Преобразователь напряжения dc повышающий своими руками. Высоковольтный DC-DC преобразователь

Входные напряжения до 61 В, выходные напряжения от 0.6 В, выходные токи до 4 А, возможность внешней синхронизации и настройки частоты, а также подстройки тока ограничения, подстройка времени плавного запуска, комплексные защиты нагрузки, широкий рабочий диапазон температур – все эти особенности современных источников питания достижимы при помощи новой линейки DC/DC-преобразователей производства .

В настоящий момент номенклатура микросхем импульсных регуляторов производства компании STMicro (рисунок 1) позволяет создавать источники питания (ИП) со входными напряжениями до 61 В и выходными токами до 4 А.

Задача преобразования напряжения не всегда проста. Каждое конкретное устройство предъявляет свои требования к регулятору напряжения. Иногда главную роль играет цена (потребительская электроника), габариты (портативная электроника), эффективность (устройства с батарейным питанием) или даже скорость разработки изделия. Эти требования зачастую противоречат друг другу. По этой причине не существует идеального и универсального преобразователя напряжения.

В настоящее время применяется несколько типов преобразователей: линейные (стабилизаторы напряжения), импульсные DC/DC-преобразователи, схемы с переносом заряда и даже источники питания на гальванических изоляторах.

Однако наиболее распространенными остаются линейные регуляторы напряжения и понижающие импульсные DC/DC-преобразователи. Основное отличие функционирования этих схем видно из названия. В первом случае силовой ключ работает в линейном режиме, во втором – в ключевом. Основные достоинства, недостатки и области применения этих схем приведены ниже.

Особенности работы линейного регулятора напряжения

Принцип работы линейного регулятора напряжения хорошо известен. Классический интегральный стабилизатор μA723 был разработан еще в 1967 году Р. Видларом. Несмотря на то, что электроника с тех пор ушла далеко вперед, принципы функционирования остались практически неизменными .

Стандартная схема линейного регулятора напряжения состоит из ряда основных элементов (рисунок 2): силового транзистора VT1, источника опорного напряжения (ИОН), схемы компенсационной обратной связи на операционном усилителе (ОУ). Современные регуляторы могут содержать дополнительные функциональные блоки: схемы защиты (от перегрева, от перегрузки по току), схемы управления питанием и др.

Принцип работы таких стабилизаторов достаточно прост. Схема обратной связи на ОУ сравнивает величину опорного напряжения с напряжением выходного делителя R1/R2. На выходе ОУ формируется рассогласование, определяющее напряжение «затвор-исток» силового транзистора VT1. Транзистор работает в линейном режиме: чем больше напряжение на выходе ОУ, тем меньше напряжение «затвор-исток», и тем больше сопротивление VT1.

Такая схема позволяет компенсировать все изменения входного напряжения. Действительно, предположим, что входное напряжение Uвх увеличилось. Это вызовет следующую цепочку изменений: Uвх увеличилось → Uвых увеличится → напряжение на делителе R1/R2 возрастет → выходное напряжение ОУ увеличится → напряжение «затвор-исток» уменьшится → сопротивление VT1 увеличится → Uвых уменьшится.

В результате при изменении входного напряжения выходное напряжение меняется незначительно.

При уменьшении выходного напряжения происходят обратные изменения значений напряжений.

Особенности работы понижающего DC/DC-преобразователя

Упрощенная схема классического понижающего DC/DC-преобразователя (преобразователь I типа, buck-converter, step-down converter) состоит из нескольких основных элементов (рисунок 3): силового транзистора VT1, схемы управления (СУ), фильтра (Lф-Cф), обратного диода VD1 .

В отличие от схемы линейного регулятора транзистор VT1 работает в ключевом режиме.

Цикл работы схемы состоит из двух фаз: фазы накачки и фазы разряда (рисунки 4…5).

В фазе накачки транзистор VT1 открыт и через него протекает ток (рисунок 4). Происходит запасание энергии в катушке Lф и конденсаторе Сф.

В фазе разряда транзистор закрыт, ток через него не протекает. Катушка Lф выступает в качестве источника тока. VD1 – диод, который необходим для протекания обратного тока.

В обеих фазах к нагрузке прикладывается напряжение, равное напряжению на конденсаторе Сф.

Приведенная схема обеспечивает регулирование выходного напряжения при изменении длительности импульса:

Uвых = Uвх × (tи/T)

Если величина индуктивности мала, ток разряда через индуктивность успевает достичь нуля. Такой режим называют режимом прерывистых токов. Он характеризуется увеличением пульсаций тока и напряжения на конденсаторе, что приводит к ухудшению качества выходного напряжения и росту шумов схемы. По этой причине режим прерывистых токов используется редко.

Существует разновидность схемы преобразователя, в которой «неэффективный» диод VD1 заменен на транзистор. Этот транзистор открывается в противофазе с основным транзистором VT1. Такой преобразователь называется синхронным и имеет больший КПД.

Достоинства и недостатки схем преобразования напряжений

Если бы одна из приведенных схем обладала абсолютным превосходством, то вторую бы благополучно забыли. Однако этого не происходит. Это значит, что обе схемы имеют преимущества и недостатки. Анализ схем стоит проводить по широкому кругу критериев (таблица 1).

Таблица 1. Преимущества и недостатки схем регуляторов напряжения

Характеристика	Линейный регулятор	Понижающий DC/DC-преобразователь
Типовой диапазон входных напряжений, В	до 30	до 100
Типовой диапазон выходных токов	сотни мА	единицы А
КПД	низкий	высокий
Точность установки выходного напряжения	единицы %	единицы %
Стабильность выходного напряжения	высокая	средняя
Генерируемый шум	низкий	высокий
Сложность схемной реализации	низкая	высокая
Сложность топологии ПП	низкая	высокая
Стоимость	низкая	высокая

Электрические характеристики. Для любого преобразователя основными характеристиками являются КПД, ток нагрузки, диапазон входного и выходного напряжений.

Значение КПД для линейных регуляторов невелико и обратно пропорционально входному напряжению (рисунок 6). Это связано с тем, что все «лишнее» напряжение падает на транзисторе, работающем в линейном режиме. Мощность транзистора выделяется в виде тепла. Низкий КПД приводит к тому, что диапазон входных напряжений и выходных токов линейного регулятора относительно невелики: до 30 В и до 1 А.

КПД импульсного регулятора значительно выше и меньше зависит от входного напряжения. При этом не редкостью являются входные напряжения более 60 В и нагрузочные токи более 1 А.

Если используется схема синхронного преобразователя, в котором неэффективный обратный диод заменен транзистором, то КПД будет еще выше.

Точность и стабильность выходного напряжения. Линейные стабилизаторы могут иметь чрезвычайно высокую точность и стабильность параметров (доли процента). Зависимость выходного напряжения от изменения входного и от тока нагрузки не превышает единиц процентов.

Импульсный регулятор по принципу функционирования изначально имеет те же источники погрешности, что и линейный регулятор. Кроме того, на отклонение выходного напряжения может существенно сказываться величина протекающего тока.

Шумовые характеристики. Линейный регулятор обладает умеренной шумовой характеристикой. Существуют низкошумящие прецизионные регуляторы, используемые в высокоточной измерительной технике.

Импульсный стабилизатор сам по себе является мощным источником помех, так как силовой транзистор работает в ключевом режиме. Генерируемые помехи делятся на кондуктивные (передающиеся по линиям питания) и индуктивные (передаются через непроводящие среды).

От кондуктивных помех избавляются при помощи фильтров нижних частот. Чем выше рабочая частота преобразователя, тем проще избавиться от помех. В измерительных схемах импульсный регулятор часто используют совместно с линейным стабилизатором. В этом случае уровень помех значительно сокращается.

Избавиться от вредного воздействия индуктивных помех гораздо сложнее. Эти помехи возникают в катушке индуктивности и передаются по воздуху и непроводящим средам. Для их устранения используют экранированные индуктивности, катушки на тороидальном сердечнике. При разводке платы применяют сплошную заливку полигоном земли и/или даже выделяют отдельный слой земли в многослойных платах. Кроме того, сам импульсный преобразователь максимально удаляется от измерительных схем.

Эксплуатационные характеристики. С точки зрения простоты схемной реализации и разводки печатной платы линейные регуляторы предельно просты. Кроме самого интегрального стабилизатора требуется всего пара конденсаторов.

Импульсный преобразователь потребует как минимум внешнего L-C-фильтра. В ряде случаев требуется внешний силовой транзистор и внешний обратный диод. Это приводит к необходимости расчетов и моделирования, а топология печатной платы существенно усложняется. Дополнительное усложнение платы происходит из-за требования к ЭМС.

Стоимость. Очевидно, что в силу большого количества внешних компонентов импульсный преобразователь будет иметь большую стоимость.

В качестве вывода можно определить преимущественные области применения обоих типов преобразователей:

линейные регуляторы могут применяться в маломощных низковольтных схемах с высокими точностью, стабильностью и требованиями к малым уровням шумов. Примером могут быть измерительные и прецизионные схемы. Кроме того, малые габариты и низкая стоимость итогового решения могут идеально подойти для портативной электроники и бюджетных устройств.
импульсные регуляторы идеально подойдут для мощных низко- и высоковольтных схем в автомобильной, промышленной и бытовой электронике. Высокий КПД зачастую делает использование DC/DC безальтернативным для портативных устройств и устройств с батарейным питанием.

Иногда возникает необходимость использовать линейные регуляторы при высоких входных напряжениях. В таких случаях можно воспользоваться стабилизаторами производства компании STMicroelectronics, обладающими рабочими напряжениями более 18 В. (таблица 2).

Таблица 2. Линейные регуляторы STMicroelectronics с высоким входным напряжением

Наименование	Описание	Uвх макс, В	Uвых ном, В	Iвых ном, А	Собственное падение, В
		35	5, 6, 8, 9, 10, 12, 15	0.5	2
	Прецизионный регулятор на 500 мА	40	24	0.5	2
	регулятор на 2 А	35	0.225	2	2
,	Подстраиваемый регулятор	40	–	0.1; 0.5; 1.5	2
	регулятор на 3 А	20	–	3	2
	Прецизионный регулятор на 150 мА	40	–	0.15	3
KFxx		20	2.5: 8	0.5	0.4
	Регулятор со сверхнизким собственным падением	20	2.7: 12	0.25	0.4
	Регулятор на 5 А с низким собственным падением и подстройкой выходного напряжения	30	–	1.5; 3; 5	1.3
LExx	Регулятор со сверхнизким собственным падением	20	3; 3.3; 4.5; 5; 8	0.1	0.2
	Регулятор со сверхнизким собственным падением	20	3.3; 5	0.1	0.2
	Регулятор со сверхнизким собственным падением	40	3.3; 5	0.1	0.25
	регулятор на 85 мА с низким собственным падением	24	2.5: 3.3	0.085	0.5
	Прецизионный регулятор отрицательного напряжения	-35	-5; -8; -12; -15	1.5	1.1; 1.4
	Регулятор отрицательного напряжения	-35	-5; -8; -12; -15	0.1	1.7
	Подстраиваемый регулятор отрицательного напряжения	-40	–	1.5	2

Если принято решение о построении импульсного ИП, то следует выбрать подходящую микросхему преобразователя. Выбор осуществляется с учетом ряда основных параметров.

Основные характеристики понижающих импульсных DC/DC-преобразователей

Перечислим основные параметры импульсных преобразователей.

Диапазон входных напряжений (В). К сожалению, всегда есть ограничение не только на максимальное, но и на минимальное входное напряжение. Значение этих параметров всегда выбирается с некоторым запасом.

Диапазон выходных напряжений (В). В силу ограничения на минимальную и максимальную длительность импульса, диапазон значений выходного напряжения ограничен.

Максимальный выходной ток (А). Данный параметр ограничивается целым рядом факторов: максимальной допустимой рассеиваемой мощностью, конечным значением сопротивления силовых ключей и др.

Частота работы преобразователя (кГц). Чем выше частота преобразования, тем проще произвести фильтрацию выходного напряжения. Это позволяет бороться с помехами и снижать значения номиналов элементов внешнего L-C-фильтра, что приводит к увеличению выходных токов и к уменьшению габаритов. Однако рост частоты преобразования увеличивает потери на переключение силовых ключей и увеличивает индуктивную составляющую помех, что явно нежелательно.

КПД (%) является интегральным показателем эффективности и приводится в виде графиков для различных значений напряжений и токов.

Остальные параметры (сопротивление каналов интегральных силовых ключей (мОм), собственный ток потребления (мкА), тепловое сопротивление корпуса и др.) являются менее важными, но их также следует учитывать.

Новые преобразователи производства компании STMicroelectronics имеют высокие входное напряжение и КПД, и их параметры могут быть рассчитаны при помощи бесплатной программы eDesignSuite.

Линейка импульсных DC/DC от ST Microelectronics

Портфолио DC/DC STMicroelectronics постоянно расширяется. Новые микросхемы преобразователей имеют расширенный диапазон входных напряжений до 61 В ( / ), высокие выходные токи, выходные напряжения от 0.6 В ( / / ) (таблица 3).

Таблица 3. Новые DC/DC STMicroelectronics

Характеристики	Наименование
Характеристики								L7987; L7987L
Корпус	VFQFPN-10L	HSOP-8; VFQFPN-8L; SO8	HSOP-8; VFQFPN-8L; SO8	HTSSOP16	VFQFPN-10L; HSOP 8	VFQFPN-10L; HSOP 8	HSOP 8	HTSSOP 16
Входное напряжение Uвх, В	4.0…18	4.0…18	4.0…18	4…38	4.5…38	4.5…38	4.5…38	4.5…61
Выходной ток, А	4	3	4	2	2	3	3	2 (L7987L); 3 (L7987)
Диапазон выходных напряжений, В	0.8…0.88×Uвх	0.8…Uвх	0.8…Uвх	0.85…Uвх	0.6…Uвх	0.6…Uвх	0.6…Uвх	0.8…Uвх
Рабочая частота, кГц	500	850	850	250…2000	250…1000	250…1000	250…1000	250…1500
Внешняя синхронизация частоты (макс), кГц	нет	нет	нет	2000	1000	1000	1000	1500
Функции	Плавный старт; защита от перегрузки по току; защита от перегрева
Дополнительные функции	ENABLE; PGOOD	ENABLE		LNM; LCM; INHIBIT; защита от перегрузки по напряжению	ENABLE			PGOOD; защита от провалов напряжения; подстройка тока отсечки
Диапазон рабочих температур кристалла, °C	-40…150

Все новые микросхемы импульсных преобразователей имеют функции плавного старта, защиты от перегрузки по току и перегрева.

На китайских торговых площадках появится интересный модуль понижающего преобразователя напряжения XL4016. Схема позволяет работать с регулированием напряжения (CV) и тока (CC). После добавления в систему источника питания (например, ненужного блока питания ноутбука, трансформатора с выпрямителем и конденсатором) модуль можно использовать в качестве регулируемого БП, или стабилизатора с фиксированным выходным напряжением.

Схема позволяет установить максимальный выходной ток или работать как источник тока (CC). Работа в режиме CC может использоваться, например, для питания светодиодов, зарядки аккумулятора (в том числе автомобильного) или питания модуля Пельтье. Многооборотные потенциометры, установленные на плате, можно заменить на более крупные и удобные, оснащенные ручкой. Импульсная система имеет высокую эффективность, но при более высоких мощностях потребуется принудительная циркуляция воздуха или больший радиатор.

Схема подключения модуля DC-DC

Модуль инвертора можно найти на Алиэкспрессе, его описание часто содержит параметры 9 A 300 Вт, 1,2 — 35 В. Давайте подробнее рассмотрим возможности схемы этого преобразователя и проведём тесты. На радиаторах установлены двойной диод 10A STPS2045 и цепь понижающего инвертора XL4016. Обозначение входов и выходов питания и распределение потенциометров можно найти на рисунке ниже:

Полупроводники изолированы от радиаторов, что снижает риск коротких замыканий, но также может снизить эффективность рассеивания тепла. Согласно найденному даташиту, XL4016 в корпусе TO220 имеет предел по току 8 А, возможно, в модуле был использован элемент с большей заявленной эффективностью. Двухцветный светодиод меняет свой цвет с синего на красный при выходном токе >0,8 А. После замыкания выхода с помощью амперметра удалось отрегулировать выходной ток в режиме от CC до 9 A. Работа светодиодов очень удобна и информативна. Потребляемый ток без нагрузки около 15 мА.

Электролитические конденсаторы находятся достаточно близко к радиаторам и температура может уменьшить их срок службы, в то время как большая индуктивность просто висит в воздухе, так что ее стоит закрепить клеем, чтобы не повредить печатную плату во время механических воздействий. С другой стороны платы припаян стабилизатор 5В, LM358 и резистор, используемый при измерении выходного тока.

Испытания и тесты модуля XL4016

Стабильность выходного напряжения по сравнению с выходными токами является удовлетворительной, далее пример графика выходного напряжения, установленного на 3.3V в зависимости от тока нагрузки.

Влияние входного напряжения при установке выходного крайне мало.

Зависимость эффективности КПД преобразователя от изменения выходного тока для двух выходных напряжений.

Зависимость КПД от изменения входного напряжения.

Пульсации и отклонения выходного напряжения при разных условиях эксплуатации показаны на осциллограммах далее.

Применение понижающего преобразователя

Использован был этот модуль в качестве зарядного устройства для игрового ноутбука, он отлично работает и не нагревается критично. Вход: 29 В, выход 19 В, Imax 4 А в соответствии с параметрами исходного адаптера переменного тока 220 В.

Самый большой ток снимался с модуля работающего как блок питания для радиотелефона, на котором получалось 28 В и 9 A, что очень хорошо.

В качестве зарядного устройства он работает после добавления большого радиатора к XL или замены его на радиатор большего размера, чем заводской, плюс вентилятор, который также охлаждает конденсаторы.

Безопасный диапазон тока при длительной нагрузке составляет около 7 А, при напряжении выше 32 В стабилизатор очень горячий. Перед преобразователем хорошо будет поставить большой ёмкий конденсатор по питанию.

Еще перед Новым годом попросили меня читатели сделать обзор на пару преобразователей.
Ну мне как бы в принципе несложно, да и самому любопытно, заказал, получил, протестировал.
Правда меня больше заинтересовал немного другой преобразователь, но до него никак не дойдут руки, потому о нем в другой раз.
Ну а сегодня обзор простого DC-DC преобразователя с заявленным током в 10 Ампер.

Заранее приношу извинение за большую задержку с публикацией этого обзора у тех, кто его давно ждал.

Для начала характеристики, заявленные на странице товара и небольшое пояснение и коррекция.
Input voltage: 7-40V
1, Output voltage: continuously adjustable (1.25-35V)
2, Output Current: 8A, 10A maximum time within the (power tube temperature exceeds 65 degrees, please add cooling fan, 24V 12V 5A turn within generally be used at room temperature without a fan)
3, Constant Range: 0.3-10A (adjustable) module over 65 degrees, please add fan.
4, Turn lights Current: current value * (0.1) This version is a fixed 0.1 times (actually turn the lamp current value is probably not very accurate) is full of instructions for charging.
5, Minimum pressure: 1V
6, Conversion efficiency: up to about 95% (output voltage, the higher the efficiency)
7, Operating frequency: 300KHZ
8, Output Ripple: about the ripple 50mV (without noise) 20M bandwidth (for reference) Input 24V Output 12V 5A measured
9, Operating temperature: Industrial grade (-40 ℃ to + 85 ℃)
10, No-load current: Typical 20mA (24V switch 12V)
11, Load regulation: ± 1% (constant)
12, Voltage Regulation: ± 1%
13, Constant accuracy and temperature: the actual test, the module temperature changes from 25 degrees to 60 degrees, the change is less than 5% of the current value (current value 5A)

Немного переведу на более понятный язык.
1. Диапазон регулировки выходного напряжения - 1.25-35 Вольт
2. Выходной ток - 8 Ампер, можно 10 но с дополнительным охлаждением при помощи вентилятора.
3. Диапазон регулировки тока 0,3-10 Ампер
4. Порог выключения индикации заряда - 0.1 от установленного выходного тока.
5. Минимальная разница между входным и выходным напряжением - 1 Вольт (предположительно)
6. КПД - до 95%
7. Рабочая частота - 300кГц
8. Выходные пульсации напряжения, 50мВ при токе 5 Ампер, входном напряжении 24 и выходном 12 Вольт.
9. Диапазон рабочих температур - от - 40 ℃ до + 85 ℃.
10. Собственный ток потребления - до 20мА
11. Точность поддержания тока - ±1%
12. Точность поддержания напряжения - ±1%
13. Параметры проверены в диапазоне температур 25-60 градусов и изменение составило менее 5% при токе нагрузки 5 Ампер.

Пришел заказ в стандартном полиэтиленовом пакетике, щедро обмотанном лентой из вспененного полиэтилена. В процессе доставки ничего не пострадало.
Внутри находилась моя подопытная платка.

Внешне замечаний никаких. Вот просто крутил в руках и даже особо и придраться было не к чему, аккуратно, а если заменить конденсаторы на фирменные, то сказал бы что красиво.
На одной из сторон платы размещены два клеммника, вход и выход питания.

На второй стороне два подстроечных резистора для регулировки выходного напряжения и тока.

Так если посмотреть на фото в магазине, то платка кажется довольно большой.
Я специально два предыдущих фото также сделал крупным планом. Но понимание размера наступает когда кладешь рядом с ней спичечный коробок.
Платка реально маленькая, я не смотрел размеры когда заказывал, но мне почему то казалось, что она заметно больше. :)
Размеры платы - 65х37мм
Размеры преобразователя - 65х47х24мм

Плата двухслойная, монтаж двухсторонний.
К пайке также замечаний не возникло. Иногда бывает, что массивные контакты плохо пропаяны, но на фото видно, что здесь такого нет.
Правда элементы не пронумерованы, но думаю что ничего страшного, схема довольно простая.

Кроме силовых элементов на плате присутствует и операционный усилитель, который питается от стабилизатора 78L05, также есть и простенький источник опорного напряжения, собранный при помощи TL431.

На плате установлен мощный ШИМ контроллер , при этом он даже изолирован от радиатора.
Я не знаю зачем производитель изолировал микросхему от радиатора, так как это снижает теплоотдачу, возможно в целях безопасности, но так как плата обычно встраивается куда то, то мне кажется это лишним.

Так как плата рассчитана на довольно большой выходной ток, то в качестве силового диода применили довольно мощную диодную сборку , которую также установили на радиатор и также изолировали от него.
На мой взгляд это очень хорошее решение, но можно было его немного улучшить, если применить сборку на 60 Вольт, а не на 100.

Дроссель не очень большой, но на этом фото видно, что намотан он в два провода, что уже неплохо.

1, 2 На входе установлено два конденсатора 470мкФ х 50 В, на выходе два по 1000мкФ, но на 35 В.
Если следовать списку заявленных характеристик, то по выходу напряжение конденсаторов совсем впритык, но вряд ли кто то будет понижать напряжение с 40 до 35, не говоря о том, что 40 Вольт для микросхемы это вообще максимальное входное напряжение.
3. Входной и выходной разъемы подписаны, правда снизу платы, но это особо непринципиально.
4. А вот подстроечные резисторы никак не обозначены.
Слева регулировка максимального выходного тока, справа - напряжения.

А теперь немного разберемся с заявленными характеристиками и с тем, что имеем на самом деле.
Выше я писал, что в преобразователе применен мощный ШИМ контроллер, а точнее ШИМ контроллер со встроенным силовым транзистором.
Также выше я цитировал заявленные характеристики платы, попробуем разобраться.
Заявлено - Output voltage: continuously adjustable (1.25-35V)
Здесь вопросов нет, 35 Вольт преобразователь выдаст, даже 36 выдаст, в теории.
Заявлено - Output Current: 8A, 10A maximum
А вот здесь вопрос. Производитель микросхемы явно указывает, максимальный выходной ток 8 Ампер. В характеристиках микросхемы правда есть строка - ограничение максимального тока - 10 Ампер. Но это далеко не максимальный рабочий, 10 Ампер это предельный.
Заявлено - Operating frequency: 300KHZ
300кГц это конечно классно, можно дроссель поставить меньше габаритами, но извините, даташит вполне однозначно пишет 180кГц фиксированная частота, откуда 300?
Заявлено - Conversion efficiency: up to about 95%
Ну здесь все честно, КПД до 95%, производитель вообще заявляет до 96%, но это в теории, при определенном соотношении входного и выходного напряжения.

А вот и блок-схема ШИМ контроллера и даже пример реализации.
Кстати, здесь хорошо видно, что для 8 Ампер тока применяют дроссель не менее 12 Ампер, т.е. 1.5 от выходного тока. Я обычно рекомендую применять 2х запас.
Также здесь показано, что выходной диод можно ставить с напряжением 45 Вольт, диоды с напряжением 100 Вольт обычно имеют больше падение и соответственно снижают КПД.
Если есть цель повысить КПД данной платы, то со старых компьютерных БП можно наковырять диодов типа 20 Ампер 45 Вольт или даже 40 Ампер 45 Вольт.

Изначально я не хотел чертить схему, плата сверху закрыта деталями, маской, еще и шелкографией, но потом посмотрел, что схему перерисовать вполне реально и решил не изменять традиции:)
Индуктивность дросселя я не измерял, 47мкГн взято из даташита.
В схеме применен сдвоенный операционный усилитель, первая часть используется для регулировки и стабилизации тока, вторая для индикации. Видно что вход второго ОУ подключен через делитель 1 к 11, вообще в описании заявлено 1 к 10, но думаю что это непринципиально.

Первая проба на холостом ходу, изначально плата настроена на выходное напряжение 5 Вольт.
Напряжение стоит стабильно в диапазоне питающих напряжений 12-26 Вольт, ток потребления ниже 20мА так как не регистрируется амперметром БП.

Светодиод будет светить красным если выходной ток больше чем 1/10 (1/11) от установленного.
Такая индикация применяется для заряда аккумуляторов, так как если в процессе заряда ток упал ниже чем 1/10, то обычно считается что заряд окончен.
Т.е. выставили ток заряда 4 Ампера, светит красным пока ток не упадет ниже 400мА.
Но есть предупреждение, плата только показывает снижение тока, зарядный ток при этом не отключается, а просто снижается дальше.

Для тестирования я собрал небольшой стенд, в котором принимали участие.

Ручка и бумажка, ссылку потерял:)

Но в процессе тестирования мне в итоге пришлось потом применить и регулируемый блок питания, так как выяснилось, что из-за моих экспериментов нарушилась линейность измерения/задания тока в диапазоне 1-2 Ампера у мощного блока питания.
В итоге сначала я провел тесты нагрева и оценку уровня пульсаций.

Тестирование в этот раз происходило немного по другому чем обычно.
Измерялись температуры радиаторов в местах близких к силовым компонентам, так как температуру самих компонентов из-за плотного монтажа измерить было тяжело.
Кроме того проверялась работа в следующих режимах.
Вход - выход - ток
14В - 5В - 2А
28В - 12В - 2А
14В - 5В - 4А
И т.д. до тока 7.5 А.

Почему тестирование происходило таким хитрым способом.
1. Я не был уверен в надежности платы и поднимал ток постепенно чередуя разные режимы работы.
2. Преобразование 14 в 5 и 28 в 12 было выбрано потому, что это одни из самых часто используемых режимов, 14 (примерное напряжение бортовой сети легкового авто) в 5 (напряжение для зарядки планшетов и телефонов). 28 (напряжение бортовой сети грузового авто) в 12 (просто часто используемое напряжение.
3. Изначально у меня был план тестировать пока не отключится или не сгорит, но планы изменились и у меня возникли некоторые планы на компоненты от этой платы. потому тестировал только до 7.5 Ампер. Хотя в итоге это никак не повлияло на корректность проверки.

Ниже пара групповых фото, где я покажу тесты 5 Вольт 2 Ампера и 5 Вольт 7.5 Ампер, а также соответствующий уровень пульсаций.
Пульсации при токах 2 и 4 Ампера были похожи, также были похожи пульсации при токах 6 и 7.5 Ампера, потому промежуточные варианты я не привожу.

То же самое что выше, но 28 Вольт вход и 12 Вольт выход.

Тепловой режим при работе со входным 28 Вольт и выходным 12.
Видно что дальше ток повышать не имеет смысла, тепловизор уже показывает температуру ШИМ контроллера в 101 градус.
Для себя я использую некий лимит, температура компонентов не должна превышать 100 градусов. Вообще это зависит от самих компонентов. например транзисторы и диодные сборки можно безопасно эксплуатировать и при больших температурах, а микросхемам лучше не превышать это значение.
На фото конечно видно не очень, плата очень компактная, да и в динамике это было видно немного лучше.

Так как я посчитал, что эту плату могут использовать как зарядное устройство, то прикинул как она будет работать в режиме когда на входе 19 Вольт (типичное напряжение БП ноутбука), а на выходе 14.3 Вольта и 5.5 Ампера (типичные параметры заряда автомобильного аккумулятора).
Здесь все прошло без проблем, ну почти без проблем, но об этом позже.

Результаты измерений температур я свел в табличку.
Судя по результатам тестов, я бы рекомендовал не использовать плату при токах более 6 Ампер, по крайней мере без дополнительного охлаждения.

Выше я написал, что были некоторые особенности, объясню.
В процессе тестов я заметил, что плата ведет себя немного неадекватно при определенных ситуациях.
1.2 Выставил напряжение на выходе в 12 Вольт, ток нагрузки 6 Ампер, через 15-20 секунд напряжение на выходе упало ниже 11 Вольт, пришлось корректировать.
3,4 На выходе было выставлено 5 Вольт, на входе 14, поднял входное до 28 и выходное упало до 4 Вольт. На фото слева ток 7.5 Ампера, справа 6 Ампер, но ток роли не играл, при поднятии напряжения под нагрузкой, плата «сбрасывает» выходное напряжение.

После этого я решил проверить КПД устройства.
Производитель привел графики для разных режимов работы. Меня интересуют графики с выходным 5 и 12 Вольт и входным 12 и 24, так как они наиболее близки к моему тестированию.
В частности декларируется -

2A - 91%
4A - 88%
6A - 87%
7.5A - 85%

2A - 94%
4A - 94%
6A - 93%
7.5A - Не декларируется.

Дальше шла в принципе простая проверка, но с некоторыми нюансами.
5 Вольт тест прошел без проблем.

А вот с тестом 12 вольт были некоторые особенности, распишу.
1. 28 В вход, 12 В выход, 2 А, все нормально
2. 28 В вход, 12 В выход, 4 А, все нормально
3. Поднимаем ток нагрузки до 6 Ампер, выходное напряжение просаживается до 10.09
4. Корректируем, подняв опять до 12 Вольт.
5. Поднимаем ток нагрузки до 7.5 Ампер, опять падает, опять корректируем.
6. Опускаем ток нагрузки до 2 Ампер без коррекции, напряжение на выходе поднимается до 16,84.
Изначально я хотел показать как оно поднялось без нагрузки до 17.2, но решил что это будет некорректно и привел фото где есть нагрузка.
Да, грустно:(

Ну попутно проверил КПД в режиме заряда автомобильного аккумулятора от БП ноутбука.
Но здесь также не обошлось без особенностей. Сначала было выставлено 14.3 В на выходе, я провел тест на нагрев и отложил плату. но потом вспомнил, что хотел проверить и КПД.
Подключаю остывшую плату и наблюдаю на выходе напряжение около 14.59 Вольт, которое по мере прогрева упало до 14.33-14.35.
Т.е. по факту выходит, что у платы есть нестабильность выходного напряжения. и если для свинцово-кислотных аккумуляторов такой разбег не так критичен, то литиевые аккумуляторы такой платой заряжать нельзя категорически.

Тестов КПД у меня вышло два.
Основаны они на двух результатах измерений, хотя в итоге отличаются не очень сильно.
Р вых - расчетная выходная мощность, значение тока потребления округлено, Р вых DCL - выходная мощность, измеренная электронной нагрузкой. Входное и выходное напряжение измерялось непосредственно на клеммах платы.
Соответственно получилось два результата измерений КПД. Но в любом случае видно, что КПД примерно похож на заявленный, хотя и немного меньше.
Продублирую то, что заявлено в даташите
Для 12 Вольт вход и 5 Вольт выход
2A - 91%
4A - 88%
6A - 87%
7.5A - 85%

Для 24 Вольта вход и 12 Вольт выход.
2A - 94%
4A - 94%
6A - 93%
7.5A - Не декларируется.

И что вышло в реальности. Думаю что если заменить мощный диод на его более низковольтный аналог и поставить дроссель, рассчитанный на больший ток, то получилось бы вытянуть еще пару процентов.

На этом вроде все и я даже знаю что думают читатели -
Зачем нам куча тестов и непонятных фоток, просто скажи что в итоге, годится или нет:)
И в какой то степени читатели будут правы, по большому счету обзор можно сократить раза в 2-3, убрав часть фото с тестами, но я так уже привык, уж извините.

И так резюме.
Плюсы
Вполне качественное изготовление
Небольшой размер
Широкий диапазон входного и выходного напряжений.
Наличие индикации окончания заряда (снижения зарядного тока)
плавная регулировка тока и напряжения (без проблем можно выставить выходное напряжение с точностью 0.1 Вольта
Отличная упаковка.

Минусы .
При токах выше 6 Ампер лучше применять дополнительное охлаждение.
Максимальный ток не 10, а 8 Ампер.
Низкая точность поддержания выходного напряжения, возможная зависимость его от тока нагрузки, входного напряжения и температуры.
Иногда плата начинала «звучать», происходило это в очень узком диапазоне регулировки, например меняю выходное от 5 до 12 и при 9.5-10 Вольт тихонько пищит.

Отдельное напоминание:
Плата только отображает падение тока, отключить заряд не может, это просто преобразователь.

Мое мнение. Ну вот честно, когда сначала взял плату в руки и крутил ее, осматривая со всех сторон, то хотел хвалить. Сделана аккуратно, особых претензий не было. Когда подключил, то также особо не хотел ругаться, ну греется, так они все греются, это в принципе нормально.
Но когда увидел как скачет выходное напряжение от всего чего угодно, то расстроился.
Я не хочу проводить расследование этих проблем, так как этим должен заниматься производитель, который зарабатывает на этом деньги, но предположу, что проблема кроется в трех вещах
1. Длинная дорожка обратной связи, проходящая почти по периметру платы
2. Подстроечные резисторы, установленные вплотную к горячему дросселю
3. Дроссель расположен точно над узлом, где сосредоточена «тонкая» электроника.
4. Применены не прецизионные резисторы в цепях обратной связи.

Вывод - для нетребовательной нагрузки вполне подойдет, до 6 Ампер точно, работает неплохо. Как вариант, использовать плату в качестве драйвера мощных светодиодов, работать будет хорошо.
Использование как зарядного устройства весьма сомнительно, а в некоторых случаях опасно. Если свинцово-кислотный еще нормально отнесется к таким перепадам, то литиевые заряжать нельзя, по крайней мере без доработки.

Вот и все, как всегда жду комментариев, вопросов и дополнений.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +121 Добавить в избранное Обзор понравился +105 +225

LM2596 — это импульсный понижающий регулируемый стабилизатор постоянного напряжения. Имеет высокий КПД. Меньше нагревается если сравнивать с модулями на линейных стабилизаторах. Источник питания может применяться в широком спектре устройств. К безусловным достоинствам относится работа в ощутимом диапазоне входного напряжения. Вместе с большим КПД это дает хорошие результаты при последовательном включении DC-DC LM2596 с химическими источниками тока, солнечными панелями или ветряными генераторами.

Дополнив преобразователь DC-DC LM2596 трансформатором, выпрямителем и фильтром получим блок питания. На входе стабилизатора напряжение должно быть большее выходного минимум на 1.5 В. При потреблении мощности от DC-DC LM2596 более десяти Вт следует применять средства охлаждения.

Предусмотрены крепежные отверстия под винт. Клеммников нет, провода придется паять. Под микросхемой есть отверстия с металлизацией для дополнительного отвода тепла на обратную сторону платы.

Технические характеристики преобразователя LM2596

Эффективность преобразования (КПД) : до 92%
Частота переключения : 150 кГц
Рабочая температура : от -40 до + 85 °C
Влияние изменения входного напряжения на уровень выхода : ± 0.5%
Поддержание установленного напряжения с точностью : ± 2.5%
Входное напряжение : 3-40 В
Выходное напряжение : 1.5-35 В (регулируемое)
Выходной ток : номинальный до 1А, от 1 до 2А заметно возрастает нагрев, предельный 3A (требуется дополнительный радиатор)
Размер : 45x20x14 мм

Принципиальная схема преобразователя LM2596

В некоторых модулях защитный диод D1 включен обратно-параллельно на входе, но в таком случае не нужно забывать подсоединить и предохранитель на входе, который сгорит, если перепутать полярность, также этот диод защищает от всплесков напряжения на выходе.

Существуют варианты с прямым включением диода D1 (SS34, SS54) на входе, обычно это диоды Шоттки, у этих диодов есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0.2-0.4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

Но дешёвые модули на базе LM2596 не имеют защитного диода, с одной стороны — это минус, так как случайно можно убить преобразователь перепутав полярность на входе, а с другой стороны — это плюс, потому что на диоде будет падать некоторое напряжение и греться при больших токах.

Подключается преобразователь очень просто, не стабилизированное напряжение подается на контакты модуля +IN, –IN (плюс и минус соответственно), а выходное напряжение снимается с контактов платы +OUT, -OUT.

С обратной стороны есть стрелка, что указывает в какую сторону идёт преобразование.