Обзор и небольшая доработка DC/DC-преобразователей 5/9 В и 5/12 В в корпусе USB-разъёма

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com (подробнее »)
| Обзор | Зарядки, пауэрбанки, провода и переходники

В обзоре будут рассмотрены два миниатюрных повышающих DC-DC преобразователя (постоянного тока в постоянный), каждый из которых собран в корпусе разъёма USB, благодаря чему они почти не занимают места и очень удобны для использования.

Их выходное напряжение — фиксированное и составляет 9 Вольт для одного и 12 Вольт для другого преобразователя. Благодаря им какое-либо не слишком мощное устройство можно запитать такими напряжениями от любого «походного» источника питания: от телефонной «зарядки», от ноутбука, от повербанка.

Кроме того, применение этих преобразователей совместно с телефонной «зарядкой» может быть заменой для отдельных адаптеров на 9 или 12 Вольт (но если величина тока потребления будет не выше, чем определена далее в обзоре).

Преобразователи были приобретены на Алиэкспресс у разных продавцов: на 9 Вольт — здесь, а на 12 Вольт — здесь.

Цена — менее $2 за любой из них.

 

Внешний вид и конструкция повышающих DC-DC преобразователей 5/9 В и 5/12 В

Их внешний вид похож просто на кабель USB с удлинённым разъёмом:

Номиналы отдаваемых напряжений бесхитростно обозначены на приклеенных этикетках.

Длина шнуров — по 1 метру.

На обратной стороне преобразователей никакой полезной информации нет:

 Оканчиваются кабели преобразователей стандартными цилиндрическими разъёмами 5.5/2.1 мм (внешний/внутренний диаметр):

Если устройство, с которым  предполагается работа какого-либо из преобразователей, имеет другой разъём (что маловероятно, но возможно), то, скорее всего, пользователю придётся поработать руками и/или паяльником для обеспечения взаимосовместимости.

 

Внутреннее устройство DC-DC преобразователей

Разобрать преобразователи можно очень легко: достаточно лезвием ножа разъединить половинки корпуса. Они держатся только на шести пластиковых штырьках за счет силы трения, никакого клея или хитрых защёлок нет.

Так выглядит электронная «начинка» преобразователей:

На этой фотографии слева — преобразователь на 9 В, а справа — на 12.

Видно, что их схемы имеют несколько отличий.

Их схемы основаны на разных чипах: в преобразователе на 9 В это — AL804, а в преобразователе на 12 В — AL919 (на фото они — маленькие шестиногие чипы).

Документации на них найти не удалось, но внутренний голос мне подсказывает, что оба этих чипа — просто вариации доброго старого MT3608, предназначенного для работы в «повышайках».

Есть и другие отличия.

В частности, в преобразователе на 9 В (левый) на входе и на выходе стоят в параллель по 2 конденсатора: «большой» электролит и маленький керамический конденсатор (грамотно!); а в преобразователе на 12 В — только электролиты (экономно!).

Зато в преобразователе на 12 В есть светодиод, индицирующий его работу; он виден на плате в правом нижнем углу и обозначен он как D2.

Только вот беда: корпус — не прозрачный, и этот светодиод не виден!

Чтобы он был виден, и будет проведена та небольшая доработка, о которой говорится в заголовке обзора.

В заключение осмотра надо отметить, как существенный позитивный момент, применение в обоих преобразователях диодов Шоттки (SS34 и SS14), имеющих прямое падение напряжения в 4 раза меньше, чем у «обычных» выпрямительных диодов. Это положительно скажется на КПД и уменьшит нагрев устройств.

 

Технические испытания повышающих DC-DC преобразователей на 9 В и 12 В

При испытаниях преобразователи запитывались от телефонной «зарядки» 5 В с максимальным током выхода 2 А (способность отдать такой ток ранее была проверена).

Замер данных произведён в установившемся режиме (после прогрева преобразователей и стабилизации показаний).

Сначала — испытания преобразователя на 12 В, результаты нагрузочных тестов приведены в таблице:

Ток выхода, АНапряжение на выходе, ВОтдаваемая мощность, ВтКПД
0 (холостой ход)11.970-
0.111.981.2091%
0.1511.991.8089%
0.212.02.4090%
0.312.033.6189%
0.412.064.8286%
0.512.116.0683%
0.612.237.3479%

При попытке повысить ток выхода выше 0.6 А напряжение на выходе «срывалось», и преобразователь уходил в защиту от короткого замыкания. При этом выходной ток колебался на довольно высоком уровне (0.4 — 0.7 А), т.е. продолжалось потребление значительной мощности от источника питания, что не совсем комильфо; или даже совсем не комильфо.

В общем, защита есть, но работает не идеально.

После устранения перегрузки напряжение на выходе восстанавливалось.

Особо надо отметить присутствующую в таблице странность: чем выше ток, тем выше и напряжение на выходе!

Должно же быть наоборот?!

Можно подумать, что здесь присутствует эффект «отрицательного сопротивления» или ещё какие инопланетные технологии.

Но нет, здесь нет ничего подобного; а повышение напряжения связано с его температурным уходом в результате прогрева преобразователя при работе на нагрузку. Повторный эксперимент с током 0.5 А подтвердил постепенный уход напряжения, составивший 0.13 В в течение 10 минут, после чего дрейф выходного напряжения прекратился.

Теоретически, правда, не исключено, что положительный температурный коэффициент чипа преобразователя так и был задуман его производителем для компенсации потерь в кабеле при росте тока. Но это — уже немного конспирология. :)

Нагрев преобразователя был умеренным, за исключением максимального тока (0.6 А); когда нагрев был сильным.

Итог: преобразователь можно использовать на токах выхода не выше 0.5 А; и при условии использования достаточно мощного источника питания.

Теперь — испытания DC-DC преобразователя на 9 В, и снова таблица с результатами:

Ток выхода, АНапряжение на выходе, ВОтдаваемая мощность, ВтКПД
0 (холостой ход)8.970-
0.18.890.8989%
0.158.881.3390%
0.28.861.7789%
0.38.832.6587%
0.48.793.5284%
0.58.774.3983%
0.68.755.2580%
0.78.756.1379%
0.88.746.9978%

При превышении тока выхода 0.8 А напряжение напряжение на выходе «срывалось» и преобразователь уходил в защиту (такую же не слишком благообразную, как и у предыдущего преобразователя).

При выходном токе в 0.7 и 0.8 А нагрев преобразователя был сильным, лучше не допускать его использования при таких токах.

Температурный уход выходного напряжения тоже был обнаружен. При выходном токе 0.5 А напряжение на выходе поднималось на 0.11 В за 10 минут, после чего стабилизировалось. При меньших токах температурный дрейф был значительно ниже, и им можно пренебречь.

В таблице этот эффект почти не заметен. Возможно, из-за того, что выходное сопротивление преобразователя на 9 В оказалось выше, чем у преобразователя на 12 В (0.5 Ом и 0.3 Ом с учетом кабеля), из-за чего потери от повышения тока пересилили температурный рост.

Кстати, КПД тоже рассчитывался с учетом потерь в кабелях (т.е. на выходе всего преобразователя, а не на контактах платы).

Теперь разберёмся с пульсациями (посмотрим осциллограммы).

Сначала — пульсации на выходе 9-вольтового преобразователя, ток выхода — 200 мА:

Теперь — пульсации 12-вольтового DC-DC преобразователя при том же токе выхода (200 мА):

По осциллограммам пульсаций можно установить и частоту преобразования, она составляет почти точно 1 МГц.

Пульсации — довольно сильные (особенно — у преобразователя на 12 В), что можно считать в данном случае нормальным, поскольку в корпусах преобразователей нет достаточного места для «приличных» конденсаторов на выходе.

Если для аппаратуры, с которой должны работать преобразователи, такой уровень пульсаций слишком велик, то пользователю надо будет задуматься о подключении внешнего конденсатора (-ов).

 

Доработка DC-DC преобразователя 5/12 Вольт

Как уже упоминалось выше, на плате преобразователя 5/12 Вольт есть светодиод, но его не видно.

Решение — элементарное: просверлить отверстие 2 мм, снять снаружи небольшую фаску, приклеить с внутренней стороны кусочек бумаги (лучше — кусочек матового пластика, но у меня не нашлось).

На крайняк — можно даже и без бумажки, но тогда сужаются углы обзора светодиода.

И, вуаля:

Устройство с индикацией включения, как мне кажется, лучше, чем работающее «втёмную» (без индикации).

 

Итого

Рассмотренные DC-DC преобразователи построены на стандартных схемотехнических решениях, и никаких сюрпризов не преподнесли.

Их производители (анонимные, кстати) просто ничем не испортили возможности, заложенные в элементной базе преобразователей, и на том им спасибо!

«Изюминка» преобразователей — их конструкция в корпусе разъёмов; благодаря чему они удобны и занимают мало места.

Единственный недостаток одного из преобразователей — отсутствие видимости светодиода на плате — легко можно исправить вручную.

Отдельное замечание: если подключать эти преобразователи к порту USB компьютера или ноутбука, то из-за ограничения выходного тока на этих портах преобразователи не смогут отдать столь же высокую мощность, как при питании от повербанка или телефонной «зарядки». 

Обычно рекомендуется считать, что отдаваемый ток порта USB 2.0 составляет 500 мА, а USB 3.0 — 900 мА. Далее, зная КПД, можно рассчитать допустимую нагрузку для преобразователей в таком варианте подключения.

Куплены DC-DC преобразователи были на Алиэкспресс: на 9 Вольт — здесь, а на 12 Вольт — здесь.

Всем спасибо за внимание!

14 комментариев

bone
«большой» электролит

На фото электролитов не видно
Hans-Kristian
Они прямоугольные SMD
bone
А как определить, что это электролит, а не керамика, когда внешних отличий нет?
Hans-Kristian
Не всегда удаётся точно отличить керамику от электролита для SMD.
В преобразователе 5 -> 9 В есть надёжный признак: параллельное соединение большого и маленького SMD конденсаторов. В таких случаях большой — это электролит, а маленький — керамика.
А в преобразователе 12 В впаяны одиночные кондёры. По логике это должны быть электролиты, но по жизни китайские мастера могут и керамику поставить. Так что здесь просто больше вероятность, что это всё-таки электролит. :)
T
Как это не всегда? У керамики нет полярности, у электролита есть. И она должна быть каким-либо образом обозначена.
Hans-Kristian
Вроде должна. Но последнее время всё чаще попадаются платы с массой никак не маркированных элементов, поэтому никак этот вопрос прокомментировать не могу.
m

Ответ Hans-Kristian на комментарий
А в преобразователе 12 В впаяны одиночные кондёры. По логике это должны быть электролиты


Нет такой логики. Сейчас ёмкости керамики стали такие, что мелкие электролиты просто утрачивают смысл.
m
… Даже в документации на упомянутую MT3608 недвусмысленно написано: ставьте керамику 22 мкФ до и после, никаких электролитов.
x
Мощная «доработка».
V
А протокол зарядки устройство не проверяет и не контролирует, правильно? То есть берет столько, сколько надо и сколько дают? Тогда интересно было бы промоделировать от зарядки с параметрами 5В 1А — посмотреть, в какой режим защиты и как что уйдет первым…
P
Это типа чтобы ноутбук заряжать и так далее? Или для чего?
Dominchik
Нет, это преобразователи а не триггеры, ноутбук они не потянут.
Hans-Kristian
Нет, это для питания маломощных устройств, типа портативных мониторов, USB-хабов и т.д.
Conver
Электролитов на этих платах нет, только керамика. Электролиты в керамических корпусах, насколько мне известно, в природе не встречается. Танталовые и полимерные всегда в пластике, алюминий в круглых банках на пластиковой подложке. Пары там, скорее всего, для подавления помех на разных частотах (основной пульсации и коммутационных помех). Такое вот IMHO…

Добавить комментарий