Регулируемый миниатюрный DC/DC-преобразователь: получаем из USB любое напряжение от 1 до 24 В

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

Когда в радиолюбительском или даже профессиональном арсенале требуется регулируемый источник питания невысокой мощности, то в его качестве может выступать DC-DC преобразователь, питаемый от 5-Вольтового телефонного зарядного устройства или даже от USB-порта компьютера.

Это тем более интересно, что телефонных зарядок, от которых можно запитать такой преобразователь, в каждом доме скопилось чуть более, чем гуталина на гуталиновой фабрике. :)

Представленный в этом обзоре DC-DC преобразователь имеет встроенный вольтметр и позволяет получить из стандартных 5 Вольт любое напряжение от 1 до 24 Вольт (и даже чуть более, как покажет тест).

(изображение со страницы продавца на Алиэкспресс)

 Основные технические параметры DC-DC преобразователя

Входное напряжение5 В
Выходное напряжение1 — 24 В
Выходная мощность3 Вт (макс.)
КПД94%
Потребляемый ток холостого хода30 мА
Габариты70*26*22 мм

Характеристики взяты со страницы продавца; некоторые из них по ходу обзора придётся поправлять, в том числе и в лучшую сторону, как ни странно.

Цвет индикатора напряжения может быть красным или зелёным (по выбору потребителя).

Цена преобразователя на момент обзора — около $4.6 с учетом доставки. Проверить актуальную цену или приобрести устройство можно здесь.

 

 Внешний вид, конструкция и схемотехника DC-DC преобразователя

 Преобразователь изготовлен в виде платы с USB-разъёмом, установленной в корпусе из прозрачного голубого пластика:

Прозрачность и гламурный цвет корпуса производят очень приятное впечатление. Хотя, на самом деле, корпус здесь сделан прозрачным не для красоты, а с функциональной целью: чтобы были видны показания встроенного вольтметра.

Корпус — неразборный, его половинки склеены «насмерть».

Вблизи выходных клемм на корпусе имеется оребрение, сделанное, видимо, чтобы корпус не скользил в руке. Но это оребрение оказалось не при деле: удобнее брать в руки устройство ближе к разъёму USB.

На обратной стороне обозначено функциональное назначение изделия:

Кроме того, здесь указана полярность выходных клемм и назначение расположенного с лицевой стороны многооборотного переменного резистора.

Через прозрачный корпус можно более-менее разобраться, как устроен преобразователь.

 За оребрением корпуса (на его правой стороне) скрывается маленькая 6-ногая микросхема преобразователя — его главная деталь. На ней проставлена маркировка B6289M. По всей видимости, это — один из клонов популярной микросхемы для повышающих преобразователей MT3608.

Но в данном случае наш преобразователь в целом — повышающе-понижающий. Судя по наличию двух дросселей, здесь применена схема SEPIC, которая и позволяет превратить повышающий преобразователь в повышающе-понижающий.

В качестве выпрямительного диода использован диод Шоттки SS34, имеющий малую величину прямого падения напряжения.

Микросхема имеет встроенный тактовый генератор на частоту 1.2 МГц.

За измерение напряжения и индикацию отвечает «многоногая» микросхема NUVOTON N76E003AT20. Это — аналого-цифровой процессор с 12-битным АЦП. В данном случае этот процессор запрограмирован на роль вольтметра.

 Между индикатором и разъёмом USB расположен элемент, обозначенный F1. Это — предохранитель (FUSE), при штатной работе устройства он не должен срабатывать. Но производитель всё-таки подстраховался на всякий случай. Кроме того, производить ещё и настоятельно рекомендует не допускать коротких замыканий.

 Наконец, за регулировку напряжения отвечает голубой переменный резистор с ребристой латунной ручкой. При её вращении главное — не прикладывать излишнюю силу, когда она дошла до конечного положения.

Для установки напряжения с точностью 0.1 В вращать ручку надо очень медленно и плавно с того момента, когда напряжение начинает приближаться к требуемому значению. В принципе, миссия — выполнима.

 

Технические испытания DC-DC преобразователя

Первым делом проверяем реальные пределы регулировки напряжения и точность его измерения встроенным вольтметром.

Устанавливаем положение максимального напряжения:

Итого, по показаниям мультиметра напряжение составило 27.1 В, а по показаниям вольтметра преобразователя 25.9 В. Показаниям мультиметра при этом доверяем больше; ибо это — какой-никакой, а измерительный прибор всё-таки!

Погрешность встроенного вольтметра составила 4.4%. Это — не идеально, но терпимо. При установке напряжения по встроенному вольтметру просто можно учитывать этот факт «в уме».

Теперь устанавливаем минимальное напряжение:

Итого, по показаниям мультиметра напряжение составило 0.61 В, а по показаниям вольтметра преобразователя 0.5 В.

Здесь встроенный вольтметр показывает напряжение только с одной значащей цифрой, и погрешность получается куда больше, аж целых 18%.

Мораль: для очень низких напряжений всё-таки лучше контролировать его установку с помощью внешнего прибора, иначе погрешность может оказаться слишком высокой.

Но главный итог состоит в том, что диапазон регулировки выходного напряжения не только уложился в заявленные пределы, но и даже перевыполнил их! [оркестр играет туш]

При этом, исходя из схемотехники и свойств микросхемы преобразователя, можно предположить, что нижняя граница диапазона регулировки напряжения всегда будет около 0.6 В, а верхняя граница будет зависеть от разброса номиналов резисторов в схеме, но в любом случае будет выше 24 В.

 

Предельные режимы работы преобразователя и защита от короткого замыкания

 Далее проверяем предельный отдаваемый ток преобразователя при разных выходных напряжениях. Проверка производилась только в диапазоне напряжений, официально заявленных производителем.

Проверка осуществлялась при питании от телефонного адаптера 5 Вольт / 2 Ампера; причём работоспособность адаптера при максимальном выходном тока 2 А была ранее успешно проверена.

При этой проверке возникла сложность с определением точной границы начала выхода преобразователя из режима стабилизации заданного напряжения.

Дело в том, что при превышении допустимой отдаваемой мощности защита от перегрузки и короткого замыкания в устройстве срабатывает не мгновенно, а постепенно. В связи с этим граница устойчивости режима определялась немножко «на глазок», по заметному падению напряжения выхода (более, чем на 0.1 В).

Напряжение выходаМаксимальный ток выходаМаксимальная мощность выхода
1 В1.86 А1.86 Вт
3 В1.33 А3.99 Вт
7.5 В0.65 А4.875 Вт
9 В0.62 А5.58 Вт
15 В0.33 А4.95 Вт
24 В0.17 А4.08 Вт

Приведённые здесь режимы — предельные, и длительная эксплуатация в них крайне не рекомендуется (нагрев корпуса был ощутимым).

 При этой проверке выяснилось, что при установке на выходе малых напряжений и большого тока на выходе появляются колебания с частотой около 80 кГц, по форме близкие к синусу:

Здесь показана осциллограмма при выходном напряжении 1 В и токе 0.7 А; но первые признаки таких колебаний наблюдались, начиная с тока в 0.27 А.

Устраняются эти колебания, как обычно, с помощью конденсатора, подключенного к устройству снаружи, но расположить его надо близко к выходным клеммам преобразователя (оказалось достаточно 4.7 мкФ). Если этот же конденсатор установить на дальнем конце кабеля длиной 1 м (например), то колебания только слегка сглаживаются, но не устраняются.

Что касается защиты от коротких замыканий, то оптимальной её назвать нельзя. При напряжении 7.5 В ток короткого замыкания на выходе составил почти 2.5 А, а потребляемый ток — 1.55 А.

В таком режиме вся потребляемая мощность рассеивается внутри корпуса преобразователя, что опасно для его жизни и здоровья, если замыкание окажется длительным. При кратковременных замыканиях (2-3 секунды) преобразователь остаётся живым (проверено).

 

КПД преобразователя

КПД проверен в различных режимах работы преобразователя при мощности на выходе 3 Вт (номинал, установленный производителем). Исключение — режим с напряжением выхода 1 Вольт, в котором получить мощность выхода 3 Вт не удалось.

Напряжение выходаКПД (Pвых. = 3 Вт)
1 В44 %
3 В63 %
7.5 В77 %
9 В91 %
15 В75%
24 В74 %

 КПД даже в самом благоприятном варианте не дотянул до обещанных производителем 94%.

Вероятно, причина кроется в том, что применена более сложная схема устройства, чем та, под которую рассчитана микросхема преобразователя.

Она разработана для повышающих преобразователей; а использована в повышающе-понижающем преобразователе, имеющем дополнительные элементы, и, следовательно, дополнительные источники потерь.

 И, последний вопрос — о пульсациях.

Ниже приведена осциллограмма пульсаций при выходном напряжении 7.5 В и токе 0.4 А:

Размах пульсаций составил около 80 мВ, т.е. примерно 1% от величины выходного напряжения.

В большинстве случаев это — приемлемая величина; но при применении преобразователя для питания устройств, чувствительных к помехам, может потребоваться их дополнительное подавление традиционным способом — с помощью конденсаторов. Конденсаторы в таких случаях желательно использовать в комбинации «керамика + электролит» и по принципу «чем больше, тем лучше».

 

Итоги и выводы

Даже такое простое устройство заставило вспомнить о том, что ничего идеального в этом мире нет. :)

Преобразователь оказался вполне работоспособным и «пригодным к употреблению», но при его применении необходимо учитывать особенности этого устройства.

Во-первых, при работе со значительными токами и малыми напряжениями следует подключать дополнительный внешний конденсатор вблизи выходных клемм (для подавления «генерации» на 80 кГц). Большой ёмкости не требуется, достаточно от 4.7 мкФ.

Во-вторых, при работе с чувствительной аппаратурой так же может потребоваться установка дополнительных конденсаторов, подавляющих пульсации; но уже с более «серьёзной» ёмкостью.

В-третьих, надо помнить о недопустимости коротких замыканий на сколь-нибудь длительное время.

И, наконец, в-четвёртых, надо помнить и о том, что при питании преобразователя не от сетевого адаптера, а от от порта USB компьютера есть ограничения на ток, отдаваемый этими портами (500 мА для USB 2, и 900 мА для USB 3). Для примерного расчёта допустимого выходного тока преобразователя может помочь приведённая в обзоре таблица с КПД устройства при разных выходных напряжениях.

Окончательный список «плюсов» и «минусов».

Плюсы:

— широкий диапазон регулировки выходного напряжения, превосходящий заявленный производителем;

— возможность использования с кратковременным превышением допустимой выходной мощности;

— наличие встроенного вольтметра;

— возможность настройки выходного напряжения с точностью до 0.1 В;

— возможность питания от широко распространённых зарядных устройств для мобильных телефонов;

— возможность питания от USB-портов компьютеров (с ограничениями по мощности);

— приятный внешний вид, малые габариты и вес.

 

Минусы:

— малая эффективность защиты от коротких замыканий;

— необходимость дополнительных конденсаторов для подавления помех (особенно — при малых напряжениях и высоких токах);

— КПД ниже заявленного производителем.

 Приобрести этот преобразователь можно на Алиэкспресс проверить актуальную цену или купить.

9 комментариев

111771866670101283120@google
Ух ты, прикольный девайс, не знаю зачем, но заказал
V
Да, подключить можно: у той же Noctua NF-S12B — мощность 0.9 Вт по паспорту. Конденсатор — не нужен: вентилятору пофиг на пульсации в довольно широком диапазоне.
В
А корпус неразборный? а то я бы сразу впаял туда 10мкФ+100нФ, ибо судя по фотками, внутри места достаточно.
И ещё вопрос: при макс. нагрузке устройство сильно греется?
На Али есть похожие устройства, на которых написано 15Вт (например https://www.aliexpress.com/item/4000299844651.html ), но там корпус открытый, с охлаждением лучше будет.
Hans-Kristian
Корпус склеен намертво. Может быть, и возможно его аккуратно расщепить, но, скорее всего, возникнут лишние трещины и внешний вид будет испорчен.
При нагрузке в пределах 3 Вт корпус греется не сильно, дополнительно об охлаждении заботиться не надо.
Преобразователь 15 Вт (по ссылке) сможет отдать такую мощность только при подключении к «зарядке» с QC 2.0, 3.0 и т.п.; но если таковая зарядка есть в хозяйстве, то можно купить и преобразователь на 15 Вт: он универсальнее будет.
56628479333@odnoklassniki
Чего тут нового обычный вольтметр плюс дс преобразователь на мт3608.
s
«преобразователь на мт3608.»©
и когда 3608 научилась понижать? этож чистая повышайка! а тута 2 дросселя. попробуйте включить остатки мозга… :)
s
«При напряжении 7.5 В ток короткого замыкания на выходе составил почти 2.5 А, а потребляемый ток — 1.55 А.»©
неплохо бы указать входное напряжение, иначе при входе 5В, ГЛУБОКОУВАЖАЕМЫЙ ОМ ИДЕТ НА ЮХ СО СВОИМ ЗАКОНОМ. И как при козе может быть 7,5в на выходе? афтар, выражайся яснее.
пс.
3вт- вообще ниачем. за 3-4 енота можно взять на али такой же, но на на 15вт.
f
Все правильно написано. напряжение короткого замыкания будет 5*1,55/2,5=3,1 вольта. Хотя изначально выставленно 7,5 вольт.
Это внутреннее сопротивление данного девайса = 1,24 ома. Приблизительно.
s
напряжение короткого замыкания будет 5*1,55/2,5=3,1 вольта

петросян, или ЕГЭ? НАВЕРНО УЖЕ НЕ УЧАТ, ЧТО ТАКОЕ КЗ.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Обзор Truthear Hexa: превосходные наушники для агрессивных жанров

Обзор
Сегодня предлагаю рассмотреть еще одну из горячих новинок этой зимы - гибридные наушники Truthear Hexa, базирующиеся на 10 мм динамике, двух арматурных излучателях HRTF и высокочастотном драйвере...

Купил 3D-принтер, а он плохо печатает. Что делать?

Гайд
Не так давно я приобрёл свой первый 3D-принтер FlyingBear Ghost 5. Естественно, после сборки я сразу же приступил к первой тестовой печати. После неё у меня возникла проблема с качеством...

Обзор универсального аккумуляторного инструмента (реноватор, мультитул, осциллятор) Deko DKOT20 Multi

Обзор
Согласитесь, бывают случаи, когда необходимо к чему-то подлезть, а болгарка или лобзик физически не помещаются?! В таких ситуациях приходит на помощь реноватор (мультитул, осциллятор), который...

Обзор внешнего SSD Orico MTQ-40G 2 ТБ: поддержка USB 4.0 и скорости до 40 Гбит/с

Обзор
Не так давно в продаже начали появляться персональные компьютеры, которые имеют поддержку современнейших портов USB 4.0. На самом деле таких компьютеров, на текущий момент времени, достаточно, а...

Почему же она «черная»? Что такое «черная пятница» и откуда она взялась?

Рассуждения
Массовая распродажа "Чёрная распродажа" в самом разгаре, но возможно многие задавались вопросом, почему же она "чёрная" и почему все же "пятница". Это самая масштабная распродажа охватывает...