Регулируемый миниатюрный DC/DC-преобразователь: получаем из USB любое напряжение от 1 до 24 В
Содержание
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 напряжение | 5 В |
Выходное напряжение | 1 — 24 В |
Выходная мощность | 3 Вт (макс.) |
КПД | 94% |
Потребляемый ток холостого хода | 30 мА |
Габариты | 70*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.
Реклама. ООО «АЛИБАБА.КОМ (РУ)» ИНН 7703380158
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 выхода | Максимальный ток выхода | Максимальная мощность выхода |
1 В | 1.86 А | 1.86 Вт |
3 В | 1.33 А | 3.99 Вт |
7.5 В | 0.65 А | 4.875 Вт |
9 В | 0.62 А | 5.58 Вт |
15 В | 0.33 А | 4.95 Вт |
24 В | 0.17 А | 4.08 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 выхода | КПД (Pвых. = 3 Вт) |
1 В | 44 % |
3 В | 63 % |
7.5 В | 77 % |
9 В | 91 % |
15 В | 75% |
24 В | 74 % |
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.
Купить этот преобразователь можно на Алиэкспресс проверить актуальную цену или купить.
Реклама. ООО «АЛИБАБА.КОМ (РУ)» ИНН 7703380158
12 комментариев
Добавить комментарий
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.
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.
и когда 3608 научилась понижать? этож чистая повышайка! а тута 2 дросселя. попробуйте включить остатки мозга… :)
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.
Это внутреннее сопротивление данного девайса = 1,24 ома. Приблизительно.
петросян, или ЕГЭ? НАВЕРНО УЖЕ НЕ УЧАТ, ЧТО ТАКОЕ КЗ.
Если я правильно понял разводку платы сквозь корпус, он стоит параллельно конденсатору C7. В этом случае его роль — подавление высокочастотных помех. Номинал должен быть где-то в районе 0.1 мкФ, желательно высокочастотных серий и/или рассчитанных на повышенное напряжение, т.к. у низковольтной керамики ёмкость сильно падает при приближении напряжения к верхнему пределу ( https://smartpuls.ru/diy/capacitors/ceramic.shtml ).
В принципе, если я не ошибся с тем, что они соединены параллельно, схема может работать и без этого конденсатора, только уровень ВЧ помех (на фронтах импульсов) может быть повышен.
Добавить комментарий