учимся пользоваться dc-dc стабилизаторами на LM2596
Питание: 5-35 В (постоянный ток)
Выход: 1,25-30 В, 3 А (макс. 4 А). Для >15 Вт требуется теплоотвод
Постоянное напряжение (CV)
Постоянный ток (CC)
Индикация заряда
Предполагаемые способы использования:
Преобразователь для питания LED-ламп, лент и т.п.
Зарядка аккумуляторов постоянным током и напряжением с минимальной индикацией
Плата очень маленькая, влазит в спичечный коробок.
На вход подаём постоянное напряжение от 5 В до 35 В. На выходе получаем заранее заданное постоянное напряжение от 1,25 В до 30 В. Выходное напряжение не может быть больше входного минус некоторая разница (не менее 2 В). Таким образом, после настройки выходного напряжения Uвых входное Uвх можно менять в диапазоне примерно от Uвх + 2В до 35 В, выходное напряжение при этом не будет меняться.
Постоянный ток
Пока ток не превышает заданного максимума, плата выполняет роль стабилизатора напряжения, ток может быть любым, напряжение — строго заданное. Как только ток пытается подняться выше заданного, начинает работать ограничитель тока. Ток на выходе при этом фиксированный, а напряжение понижается так, чтобы через нагрузку шёл этот максимальный ток. Получается, что ни напряжение, ни ток не выходят за установленные значения.
Например, если по расчетам выходит, что выходной ток должен быть 2,5 А (например, при заданном Uвых = 5 В и нагрузке 2 Ом), но плата настроена на ограничение в 2 А, то на выходе будет 2 А и напряжение 4 В (2 А * 2 Ом), при этом будет гореть индикатор ограничения. Если теперь повысить сопротивление нагрузки до 3 Ом, то ток в выходной цепи будет идти без ограничений, напряжение снижаться не будет и будет равно заданному, ток — 5 В / 3 Ом = 1,67 А. Индикатор при этом гореть не будет.
Для настройки максимального тока закорачиваем выход через мультиметр в режиме измерения большого тока, обычно с пределом 10 А, которого здесь хватит с запасом, и выставляем крутилкой на плате необходимый ток.
для моих 4 красных eagle eye выходит 240mA проработали ночь на таких настройках и ничего не произошло не нагрелась схема не сдох светик.
Индикация заряда
Этот индикатор горит, пока ток в выходной цепи выше заданного значения. Это значение устанавливается относительно максимального тока. При установке большого максимального тока (единицы ампер) может не получиться установить индикацию на маленький ток (единицы и десятки мА).
Этот преобразователь больше подходит для относительно высоких выходных напряжений (например, 12 В и выше), но при этом он не способен работать с большими токами, т.к. рассеиваемая мощность, а значит и нагрев, при увеличении выходного тока будет всё равно только расти, а охлаждение платы минимально. Реальные характеристики преобразователя наверняка хуже заявленных, но для первичной оценки хватит и этой информации.
матчасть заимствована у skubr.
DC-DC преобразователи
Для питания различной электронной аппаратуры весьма широко используются DC/DC преобразователи. Применяются они в устройствах вычислительной техники, устройствах связи, различных схемах управления и автоматики и др.
Трансформаторные блоки питания
В традиционных трансформаторных блоках питания напряжение питающей сети с помощью трансформатора преобразуется, чаще всего понижается, до нужного значения. Пониженное напряжение выпрямляется диодным мостом и сглаживается конденсаторным фильтром. В случае необходимости после выпрямителя ставится полупроводниковый стабилизатор.
Трансформаторные блоки питания, как правило, оснащаются линейными стабилизаторами. Достоинств у таких стабилизаторов не менее двух: это маленькая стоимость и незначительное количество деталей в обвязке. Но эти достоинства съедает низкий КПД, поскольку значительная часть входного напряжения используется на нагрев регулирующего транзистора, что совершенно неприемлемо для питания переносных электронных устройств.
DC/DC преобразователи
Если питание аппаратуры осуществляется от гальванических элементов или аккумуляторов, то преобразование напряжения до нужного уровня возможно лишь с помощью DC/DC преобразователей.
Идея достаточно проста: постоянное напряжение преобразуется в переменное, как правило, с частотой несколько десятков и даже сотен килогерц, повышается (понижается), а затем выпрямляется и подается в нагрузку. Такие преобразователи часто называются импульсными.
В качестве примера можно привести повышающий преобразователь из 1,5В до 5В, как раз выходное напряжение компьютерного USB. Подобный преобразователь небольшой мощности продается на Алиэкспресс.
Рис. 1. Преобразователь 1,5В/5В
Импульсные преобразователи хороши тем, что имеют высокий КПД, в пределах 60..90%. Еще одно достоинство импульсных преобразователей широкий диапазон входных напряжений: входное напряжение может быть ниже выходного или намного выше. Вообще DC/DC конвертеры можно разделить на несколько групп.
Классификация конвертеров
Понижающие, по английской терминологии step-down или buck
Выходное напряжение этих преобразователей, как правило, ниже входного: без особых потерь на нагрев регулирующего транзистора можно получить напряжение всего несколько вольт при входном напряжении 12…50В. Выходной ток таких преобразователей зависит от потребности нагрузки, что в свою очередь определяет схемотехнику преобразователя.
Еще одно англоязычное название понижающего преобразователя chopper. Один из вариантов перевода этого слова – прерыватель. В технической литературе понижающий конвертер иногда так и называют «чоппер». Пока просто запомним этот термин.
Повышающие, по английской терминологии step-up или boost
Выходное напряжение этих преобразователей выше входного. Например, при входном напряжении 5В на выходе можно получить напряжение до 30В, причем, возможно его плавное регулирование и стабилизация. Достаточно часто повышающие преобразователи называют бустерами.
Универсальные преобразователи – SEPIC
Выходное напряжение этих преобразователей удерживается на заданном уровне при входном напряжении как выше входного, так и ниже. Рекомендуется в случаях, когда входное напряжение может изменяться в значительных пределах. Например, в автомобиле напряжение аккумулятора может изменяться в пределах 9…14В, а требуется получить стабильное напряжение 12В.
Инвертирующие преобразователи — inverting converter
Основной функцией этих преобразователей является получение на выходе напряжения обратной полярности относительно источника питания. Очень удобно в тех случаях, когда требуется двухполярное питание, например для питания ОУ.
Все упомянутые преобразователи могут быть стабилизированными или нестабилизированными, выходное напряжение может быть гальванически связано с входным или иметь гальваническую развязку напряжений. Все зависит от конкретного устройства, в котором будет использоваться преобразователь.
Чтобы перейти к дальнейшему рассказу о DC/DC конвертерах следует хотя бы в общих чертах разобраться с теорией.
Понижающий конвертер чоппер – конвертер типа buck
Его функциональная схема показана на рисунке ниже. Стрелками на проводах показаны направления токов.
Рис.2. Функциональная схема чопперного стабилизатора
Входное напряжение Uin подается на входной фильтр — конденсатор Cin. В качестве ключевого элемента используется транзистор VT, он осуществляет высокочастотную коммутацию тока. Это может быть транзистор структуры MOSFET, IGBT либо обычный биполярный транзистор. Кроме указанных деталей в схеме содержится разрядный диод VD и выходной фильтр – LCout, с которого напряжение поступает в нагрузку Rн.
Нетрудно видеть, что нагрузка включена последовательно с элементами VT и L. Поэтому схема является последовательной. Как же происходит понижение напряжения?
Широтно-импульсная модуляция – ШИМ
Схема управления вырабатывает прямоугольные импульсы с постоянной частотой или постоянным периодом, что в сущности одно и то же. Эти импульсы показаны на рисунке 3.
Рис.3. Импульсы управления
Здесь tи время импульса, транзистор открыт, tп – время паузы, — транзистор закрыт. Соотношение tи/T называется коэффициентом заполнения duty cycle, обозначается буквой D и выражается в %% или просто в числах. Например, при D равном 50% получается, что D=0,5.
Таким образом D может изменяться от 0 до 1. При значении D=1 ключевой транзистор находится в состоянии полной проводимости, а при D=0 в состоянии отсечки, попросту говоря, закрыт. Нетрудно догадаться, что при D=50% выходное напряжение будет равно половине входного.
Совершенно очевидно, что регулирование выходного напряжения происходит за счет изменения ширины управляющего импульса tи, по сути дела изменением коэффициента D. Такой принцип регулирования называется широтно-импульсной модуляцией ШИМ (PWM). Практически во всех импульсных блоках питания именно с помощью ШИМ производится стабилизация выходного напряжения.
На схемах, показанных на рисунках 2 и 6 ШИМ «спрятана» в прямоугольниках с надписью «Схема управления», которая выполняет некоторые дополнительные функции. Например, это может быть плавный запуск выходного напряжения, дистанционное включение или защита преобразователя от короткого замыкания.
Вообще конвертеры получили столь широкое применение, что фирмы производители электронных компонентов наладили выпуск ШИМ контроллеров на все случаи жизни. Ассортимент настолько велик, что просто для того чтобы их перечислить понадобится целая книга. Поэтому собирать конвертеры на дискретных элементах, или как часто говорят на «рассыпухе», никому не приходит в голову.
Более того готовые конвертеры небольшой мощности можно купить на Алиэкспрес или Ebay за незначительную цену. При этом для установки в любительскую конструкцию достаточно припаять к плате провода на вход и выход, и выставить требуемое выходное напряжение.
Но вернемся к нашему рисунку 3. В данном случае коэффициент D определяет, сколько времени будет открыт (фаза 1) или закрыт (фаза 2) ключевой транзистор. Для этих двух фаз можно представить схему двумя рисунками. На рисунках НЕ ПОКАЗАНЫ те элементы, которые в данной фазе не используются.
При открытом транзисторе ток от источника питания (гальванический элемент, аккумулятор, выпрямитель) проходит через индуктивный дроссель L, нагрузку Rн, и заряжающийся конденсатор Cout. При этом через нагрузку протекает ток, конденсатор Cout и дроссель L накапливают энергию. Ток iL ПОСТЕПЕННО ВОЗРАСТАЕТ, сказывается влияние индуктивности дросселя. Эта фаза называется накачкой.
После того, как напряжение на нагрузке достигнет заданного значения (определяется настройкой устройства управления), транзистор VT закрывается и устройство переходит ко второй фазе – фазе разряда. Закрытый транзистор на рисунке не показан вовсе, как будто его и нет. Но это означает лишь то, что транзистор закрыт.
При закрытом транзисторе VT пополнения энергии в дросселе не происходит, поскольку источник питания отключен. Индуктивность L стремится воспрепятствовать изменению величины и направления тока (самоиндукция) протекающего через обмотку дросселя.
Поэтому ток мгновенно прекратиться не может и замыкается через цепь «диод-нагрузка». Из-за этого диод VD получил название разрядный. Как правило, это быстродействующий диод Шоттки. По истечении периода управления фаза 2 схема переключается на фазу 1, процесс повторяется снова. Максимальное напряжение на выходе рассмотренной схемы может быть равным входному, и никак не более. Чтобы получить выходное напряжение больше, чем входное, применяются повышающие преобразователи.
Следует заметить, что на самом деле не все так просто, как написано выше: предполагается, что все компоненты идеальные, т.е. включение и выключение происходит без задержек, а активное сопротивление нулевое. При практическом изготовлении подобных схем приходится учитывать многие нюансы, поскольку очень многое зависит от качества применяемых компонентов и паразитной емкости монтажа. Только про такую простую деталь как дроссель (ну, просто моток провода!) можно написать еще не одну статью.
Пока только следует напомнить собственно о величине индуктивности, которая определяет два режима работы чоппера. При недостаточной индуктивности преобразователь будет работать в режиме разрывных токов, что совершенно недопустимо для источников питания.
Если же индуктивность достаточно большая, то работа происходит в режиме неразрывных токов, что позволяет с помощью выходных фильтров получить постоянное напряжение с приемлемым уровнем пульсаций. В режиме неразрывных токов работают и повышающие преобразователи, о которых будет рассказано ниже.
Для некоторого повышения КПД разрядный диод VD заменяется транзистором MOSFET, который в нужный момент открывается схемой управления. Такие преобразователи называются синхронными. Их применение оправдано, если мощность преобразователя достаточно велика.
Повышающие step-up или boost преобразователи
Повышающие преобразователи применяются в основном при низковольтном питании, например, от двух-трех батареек, а некоторые узлы конструкции требуют напряжения 12…15В с малым потреблением тока. Достаточно часто повышающий преобразователь кратко и понятно называют словом «бустер».
Рис.6. Функциональная схема повышающего преобразователя
Входное напряжение Uin подается на входной фильтр Cin и поступает на последовательно соединенные катушку индуктивности L и коммутирующий транзистор VT. В точку соединения катушки и стока транзистора подключен диод VD. К другому выводу диода подключены нагрузка Rн и шунтирующий конденсатор Cout.
Транзистор VT управляется схемой управления, которая вырабатывает сигнал управления стабильной частоты с регулируемым коэффициентом заполнения D, так же, как было рассказано чуть выше при описании чопперной схемы (Рис.3). Диод VD в нужные моменты времени блокирует нагрузку от ключевого транзистора.
Когда открыт ключевой транзистор правый по схеме вывод катушки L соединяется с отрицательным полюсом источника питания Uin. Нарастающий ток (сказывается влияние индуктивности) от источника питания протекает через катушку и открытый транзистор, в катушке накапливается энергия.
В это время диод VD блокирует нагрузку и выходной конденсатор от ключевой схемы, тем самым предотвращая разряд выходного конденсатора через открытый транзистор. Нагрузка в этот момент питается энергией накопленной в конденсаторе Cout. Естественно, что напряжение на выходном конденсаторе падает.
Как только напряжение на выходе станет несколько ниже заданного, (определяется настройками схемы управления), ключевой транзистор VT закрывается, и энергия, запасенная в дросселе, через диод VD подзаряжает конденсатор Cout, который подпитывает нагрузку. При этом ЭДС самоиндукции катушки L складывается с входным напряжением и передается в нагрузку, следовательно, напряжение на выходе получается больше входного напряжения.
По достижении выходным напряжением установленного уровня стабилизации схема управления открывает транзистор VT, и процесс повторяется с фазы накопления энергии.
Универсальные преобразователи – SEPIC (single-ended primary-inductor converter или преобразователь с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью).
Подобные преобразователи применяются в основном, когда нагрузка имеет незначительную мощность, а входное напряжение изменяется относительно выходного в большую или меньшую сторону.
Рис.7. Функциональная схема преобразователя SEPIC
Очень похожа на схему повышающего преобразователя, показанного на рисунке 6, но имеет дополнительные элементы: конденсатор C1 и катушку L2. Именно эти элементы и обеспечивают работу преобразователя в режиме понижения напряжения.
Преобразователи SEPIC применяются в тех случаях, когда входное напряжение изменяется в широких пределах. В качестве примера можно привести 4V-35V to 1.23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down Converter Regulator. Именно под таким названием в китайских магазинах продается преобразователь, схема которого показана на рисунке 8 (для увеличения нажмите на рисунок).
Рис.8. Принципиальная схема преобразователя SEPIC
На рисунке 9 показан внешний вид платы с обозначением основных элементов.
Рис.9. Внешний вид преобразователя SEPIC
На рисунке показаны основные детали в соответствии с рисунком 7. Следует обратить внимание на наличие двух катушек L1 L2. По этому признаку можно определить, что это именно преобразователь SEPIC.
Входное напряжение платы может быть в пределах 4…35В. При этом выходное напряжение может настраиваться в пределах 1,23…32В. Рабочая частота преобразователя 500КГц.При незначительных размерах 50 x 25 x 12мм плата обеспечивает мощность до 25 Вт. Максимальный выходной ток до 3А.
Но тут следует сделать замечание. Если выходное напряжение установить на уровне 10В, то выходной ток не может быть выше 2,5А (25Вт). При выходном напряжении 5В и максимальном токе 3А мощность составит всего 15Вт. Здесь главное не перестараться: либо не превысить максимально допустимую мощность, либо не выйди за пределы допустимого тока.
- Стрелочные и цифровые мультиметры — достоинства и недостатки
- Легендарные аналоговые микросхемы
- Как определить тип конденсатора
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника
Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день
Поделитесь этой статьей с друзьями:
Dc dc понижающий как повысить входное напряжение
СмартПульс — держите руку на пульсе высоких технологий! Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций
Главная — DIY (Сделай сам!) — Обзор повышающе-понижающего DC-DC преобразователя мощностью до 20 Вт: делаем любое напряжение из любого напряжения
Обзор повышающе-понижающего DC-DC преобразователя мощностью до 20 Вт: делаем любое напряжение из любого напряжения (в пределах разумного)
Предисловие
Повышающе-понижающие DC-DC преобразователи (постоянного тока в постоянный) — устройства крайне позитивные, поскольку позволяют поддерживать стабильное выходное напряжение при большом разбросе входного; и, что особенно важно — как в тех случаях, когда входное напряжение ниже выходного, так и когда — наоборот.
Протестированный понижающе-повышающий DC-DC преобразователь (постоянного тока в постоянный) оказался устройством не совсем обычным. Помимо своих интересных свойств, как положительных, так и не очень, преобразователь оказался пригодным для доработки, немного расширяющей диапазон выходного напряжения относительно заявленного изготовителем.
Купить тестируемый преобразователь можно на Алиэкспресс, например, здесь, а также и у многих других продавцов. Цена на дату обзора — около $1 .5 с учётом доставки (цена может меняться в любую сторону, проверяйте!).
Реклама. ООО «АЛИБАБА.КОМ (РУ)» ИНН 7703380158
Внешний вид, конструкция и технические характеристики повышающе-понижающего DC-DC преобразователя
Преобразователь выполнен в виде небольшой узкой платы; посмотрим на неё в двух диагональных ракурсах:
Обратная сторона печатной платы выглядит так:
Преобразователь основан на чипе XL6019E1 (datasheet XL6019) , предназначенном для повышающих и повышающе-понижающих преобразователей.
Исходя из параметров этого чипа, а также данных, заявленных изготовителем, можно составить таблицу технических характеристик преобразователя:
| Допустимое входное напряжение | 5. 35 В * 1 |
| Выходное напряжение | 1.25. 35 В * 2 |
| Максимальный импульсный входной ток | 5 А |
| Частота преобразования | 180 кГц |
Примечания *1 и *2. Допустимое входное напряжение может составлять до 40 В, но оно ограничено номинальным напряжением электролитического конденсатора на входе (220 мкФ / 35 В). Аналогично и выходное напряжение может составлять до 39 В, но тоже ограничено номинальным напряжением такого же электролитического конденсатора на выходе (220 мкФ / 35 В).
Теперь кратко пробежимся по схемотехнике преобразователя.
Принцип работы повышающе-понижающих преобразователей на основе схемотехники SEPIC отражает вот эта упрощенная схема:
Подробных пояснений к схеме я здесь приводить не буду, их можно найти в интернете.
А вот отдельные тонкости данного конкретного преобразователя разберём!
На следующем изображении — вид платы преобразователя сверху с условными цифровыми обозначениями компонентов:
1 — главный и единственный чип преобразователя XL6019E1;
2,3 — индуктивности, работающие в схеме преобразования;
4 — электролитический конденсатор на входе преобразователя (470 мкФ / 35 В);
5 — электролитический конденсатор на выходе преобразователя (470 мкФ / 35 В);
6 — керамический конденсатор, работающий в схеме преобразования:
7 — индуктивность фильтра на выходе преобразователя;
8 — вход «+» питания;
9 — вход «земля» питания;
10 — вход разрешения и запрета работы. Вход не подключен — работа разрешена, вход соединён с землёй — работа запрещена;
12 — выход «земля»;
13 — выпрямительный диод SS56 на выходе схемы преобразования (диод Шоттки, 5 А / 60 В).
Теперь переходим к тестам.
Тестирование повышающе-понижающего DC-DC преобразователя мощностью до 20 Вт
Важная особенность тестируемого преобразователя — отсутствие теплоотвода на его чипе; при том, что выходная мощность преобразователя — довольно значительна (заявлено 20 Вт).
В связи с этим обязательно проверим его температурные режимы (это и будет основное, но не единственное содержание теста).
В тестах температурных режимов на выходе устанавливалось напряжение 16 В и к выходу подключалась нагрузка 16 Ом. В результате ток выхода составлял 1 А, а выходная мощность — 16 Вт (80% от указанной изготовителем).
1. Первый тест. Входное напряжение 9 В, входной ток составил 2.1 А.
Термоснимок преобразователя в установившемся режиме:
В этом тесте температура чипа составила почти 124 градуса. Интересно, что наиболее сильно разогрелась не середина чипа, а его край.
Температура обеих индуктивностей тоже оказалась высокой, около 75-78 градусов. Сильно разогрелся и выпрямительный диод SS56 почти до 90 градусов. Примерно такой же была температура этих деталей и в остальных тестах.
Примерно через минуту работы в таком режиме напряжение на выходе стало падать: это включилась собственная термозащита чипа XL6019.
Успешное срабатывание защиты записываем в несомненный «плюс» преобразователя; но вот такую комбинацию мощности нагрузки и входного напряжения, при которых включилась термозащита, объявляем недопустимой.
Как медицинский факт стоит при этом упомянуть, что работа импульсных преобразователей с низкими входными напряжениями является для них неблагоприятным режимом. Чем ниже входное напряжение, тем больший ток они потребляют при фиксированной мощности выхода, и тем больше потери на ключевом транзисторе и на катушках индуктивности.
КПД в этом режиме до включения термозащиты составил 85%.
2. Входное напряжение 12 В, входной ток составил 1.55 А.
Термоснимок преобразователя в установившемся режиме:
Температура чипа составила до 110 градусов, но работа была стабильной — термозащита не срабатывала.
КПД в этом режиме составил 86%.
3 . Входное напряжение 15 В, входной ток составил 1.23 А.
Термоснимок преобразователя в установившемся режиме:
Температура чипа снизилась до 102 градусов.
КПД в этом режиме составил 87%.
4. Входное напряжение 18 В, входной ток составил 1.01 А.
Термоснимок преобразователя в установившемся режиме:
Температура чипа снизилась ещё чуть-чуть (до 98 градусов), а КПД — ещё чуть-чуть повысился, до 88%.
При дальнейшем повышении входного напряжения до 30 В температура чипа существенно не менялась и оставалась в пределах 97-102 градуса.
Теперь от температурных тестов переходим к другим испытаниям.
Проверка тока потребления холостого хода в зависимости от входного напряжения:
Осциллограммы напряжений на выходе чипа и в точке соединения 2-ой индуктивности с выпрямительным диодом (при входном напряжении 12 В, выходном напряжении 16 В, токе выхода 1 А):
Проверка пульсаций выходного напряжения (режим работы преобразователя — прежний)
Осциллограмма пульсаций напряжения до выходного фильтра:
Осциллограмма пульсаций напряжения после выходного фильтра:
Сравнивая две последние осциллограммы, можно убедиться, что выходной фильтр имеет высокую эффективность.
Проверка минимального и максимального выходного напряжения
Минимальное напряжение на выходе — 1.25 В, максимальное — 38.7 В; но устанавливать максимальное напряжение на длительное время — нельзя, так как оно превышает максимально-допустимое напряжение электролитического конденсатора на выходе преобразователя (220 мкФ / 35 В). Впрочем, поменяв конденсатор на более высоковольтный — можно.
Проверка режима короткого замыкания на выходе
При коротком замыкании на выходе ток входа составляет около 1 А, что может привести к сильному нагреву элементов схемы. Режим короткого замыкания длительностью свыше нескольких секунд крайне не рекомендуется.
Особенность работы понижающе-повышающего DC-DC преобразователя при напряжении входа ниже минимально-допустимого (5 В)
При попытке выяснить минимальное напряжение запуска преобразователя выяснилась особенность, из-за которой использовать его в режиме с входным напряжением ниже минимально-допустимого нельзя.
При входном напряжении 3.1 — 3.4 В напряжение на выходе на холостом ходу подскакивало до 48-52 В независимо от того, какое напряжение выхода было установлено в рабочем режиме. То есть, создаётся опасность выхода из строя подключенной к преобразователю нагрузки.
По этой причине преобразователь нельзя питать от односекционного литий-ионного аккумулятора, так как при приближении уровня его заряда к нулю его выходное напряжение как раз оказывается в этой опасной зоне.
На всякий случай были сняты осциллограммы процессов включения и выключения преобразователя, так как в этом случае тоже на какое-то короткое время напряжение входа пересекает опасную зону.
При этом на осциллограмме при включении преобразователя ничего подозрительного не обнаружилось, а на осциллограмме при его выключении на выходе в режиме холостого хода обнаружился небольшой пик:
Повышение напряжения в пике составило около 2 В, что в большинстве случаев не должно быть критичным.
При нагрузке на выходе в 100 мА никакого повышения напряжения на выходе в момент выключения не было:
Так что при реальной работе никаких неприятностей можно не ожидать.
На этом можно перейти к окончательному диагнозу.
Окончательный диагноз повышающе-понижающего DC-DC преобразователя на XL6019
В целом протестированный повышающе-понижающий DC-DC преобразователь показал себя вполне функциональным и пригодным к употреблению устройством.
Но, при его использовании надо помнить об его ограничениях; и, самое главное, не надо пытаться его использовать совместно с односекционными литий-ионными аккумуляторами. Преобразователь войдёт в нештатный режим работы с возможными неприятными последствиями.
Из плюсов преобразователя надо отметить наличие выходного фильтра, многократно снижающего пульсации выходного напряжения.
Из других особенностей надо отметить более низкий КПД, чем он обычно бывает отдельно у понижающих и повышающих DC-DC преобразователей. Объясняется это тем, что здесь преобразователь прогоняет энергию не через одну, а через две индуктивности, каждая из которых вносит свой вклад в потери.
Отсюда проистекает и область применения протестированного преобразователя: это — именно те случаи, когда входное напряжение может быть как ниже, так и выше требуемого выходного напряжения.
Например, он может использоваться для получения «истинного» напряжения 12 В от аккумулятора с номинальным напряжением 12 В, которое на самом деле в процессе заряда и разряда может меняться от 10 до 14 В.
Купить протестированный повышающе-понижающий DC-DC преобразователь можно на Алиэкспресс, например, здесь. Цена на дату обзора — около $ 1.5. Цена может меняться в любую сторону, проверяйте! Если найдётся у других продавцов дешевле, то тоже можно брать — товар одинаковый.
Реклама. ООО «АЛИБАБА.КОМ (РУ)» ИНН 7703380158
При тестировании преобразователя использовался осциллограф Hantek DSO5102P (обзор).
Весь раздел «Сделай сам! ( DIY) » — здесь.
Ваш Доктор.
20 декабря 2022 г.
Вступайте в группу SmartPuls.Ru Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.
Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам
Доктора! (Администрация сайта — контакты и информация)
Группа SmartPuls.Ru Контакте — анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них
Dc dc понижающий как повысить входное напряжение
СмартПульс — держите руку на пульсе высоких технологий! Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций
Главная — DIY (Сделай сам!) — Обзор понижающего DC-DC преобразователя на LM2596 с вольтметром
Понижающий DC-DC преобразователь на LM2596 со встроенным вольтметром
Предисловие
Обзор посвящен относительно мощному понижающему DC-DC преобразователю с вольтметром, позволяющем контролировать как входное, так и выходное напряжение. Преобразователь способен отдать выходной ток до 3 А при напряжении до 37 В.
(Изображение с Алиэкспресс, кликнуть для увеличения)
Преобразователь основан на «вечно молодой» микросхеме LM2596, которая уже много лет служит в различных устройствах как надёжный компонент с высокими техническими параметрами.
Микросхема выпускается в различных вариантах, как на фиксированные выходные напряжения, так и с возможностью их регулировки (LM2596 ADJ) .
Купить тестируемый преобразователь можно на Алиэкспресс здесь или здесь, а также и у многих других продавцов. Цена на дату обзора — от $1.8 до $2.5 с учётом доставки.
Реклама. ООО «АЛИБАБА.КОМ (РУ)» ИНН 7703380158
Внешний вид и технические характеристики понижающего DC-DC преобразователя со встроенным вольтметром
Устройство представляет собой бескорпусную плату с устройствами регулировки и индикации:
На плате расположено множество элементов, но лишь небольшая часть их относится собственно к преобразователю. Наибольшая же их часть относится ко встроенному вольтметру.
Помимо 3-разрядного светодиодного индикатора, к вольтметру относятся: аналого-цифровой процессор (микроконтроллер), расположенный под индикатором; кнопка переключения измеряемого параметра (входное или выходное напряжения); пара светодиодов (индицируют, какой именно параметр измеряется) и мелкая обвязка, отвечающая за питание микроконтроллера и индикатора.
Технические характеристики DC-DC преобразователя перечислены в следующей таблице:
| Входное напряжение | 4.5 — 40 В |
| Выходное напряжение | 1.25 — 37 В |
| Максимальный выходной ток | 3 А |
| Минимальное превышение входного напряжения над выходным | 1.16 В |
| Габариты | 66*36*14 мм |
| Масса | 23 г |
| Температура окружающей среды | -45 ~ +85°С |
Схема преобразователя, как такового (без вольтметра), очень проста (взята из datasheet LM2596 ):
Также в datasheet LM2596 приведены рекомендации по номиналам элементов и их расчётам:
В тестируемом DC-DC преобразователе эти рекомендации выполнены не в полной мере: номинал входного электролита равен 100 мкФ вместо рекомендуемого 470 мкФ.
В связи с этим рекомендуется добавить недостающую ёмкость со сторону источника питания этого преобразователя.
Вместо рекомендуемого диода с предельным током 5 А установлен диод SS36 с предельным током 3 А, что не совсем хорошо, учитывая отсутствие запаса по этому параметру (преобразователь рассчитан на эту же величину тока).
В качестве резистора R2 (на схеме) использован многооборотный подстроечник (обозначен VR1 на плате), см. следующее фото:
Посмотрим на обратную сторону платы:
Здесь с чувством глубокого удовлетворения отметим, что обратная сторона по максимуму покрыта омеднением. И это — очень хорошо, поскольку это омеднение, по сути, и является единственным теплоотводом преобразователя.
Теперь посмотрим, как работает встроенный вольтметр преобразователя.
Управляет им единственная кнопка, расположенная на плате. При её нажатии вольтметр переключается с измерения входного напряжения на выходное и обратно; а расположенные на плате два светодиода показывают, какое именно из напряжений измеряется в данный момент.
Пример работы вольтметра с измерением входного напряжения (светится светодиод «IN») :
Пример работы вольтметра с измерением выходного напряжения (светится светодиод «OUT») :
Теперь переходим к тестам.
Тестирование понижающего DC-DC преобразователя на LM2596 со встроенным вольтметром
Тестирование начинаем с измерения потребляемого тока на холостом ходу (без нагрузки).
Ток холостого хода измерялся при установке выходного напряжения на 5 В.
При входном напряжении 10 В потребляемый ток составил 24 мА, при входном напряжении 32 В потребляемый ток составил 29 мА.
При этом можно предположить, что значительную часть этого тока потребляет встроенный вольтметр.
Следующая проверка — на точность работы встроенного вольтметра.
Сравнение его показаний с показаниями мультиметра показало, что расхождение между ними при высоких напряжениях (20-30 В) не превосходит 1.5%.
При низких напряжениях ограничением точности становится цена деления младшего разряда, составляющая 0.1 В.
Теперь проверим работу преобразователя под нагрузкой в двух вариантах: при токе в 0.5 от максимально-допустимого и равном максимально-допустимому.
В качестве нагрузки использовался мощный резистор номиналом 2 Ом; результаты приведены в таблице:
| Входное напряжение | Входной ток | Выходное напряжение | Выходной ток | КПД |
| 10 В | 0.63 А | 3 В | 1.5 А | 71% |
| 10 В | 2.35 А | 6 В | 3 А | 77% |
КПД преобразователя примерно соответствует КПД, заявленному производителем для LM2596 и составляющему от 73% при выходном напряжении 3 В и до 90% при выходном напряжении 12 В.
Осциллограмма напряжения в точке соединения микросхемы LM2596S с индуктивностью оказалась необычна:
Импульсы преобразования, как оказалось, идут не одиночные, а пачками по три импульса.
Соответствующую форму имеют и пульсации на выходе преобразователя:
Осциллограммы сняты при входном напряжении 10 В, выходном 3 В и токе выхода 1.5 А.
Возможно, это особенность протестированного экземпляра; но она работе устройства не вредит и представляет только научно-познавательный интерес.
В datasheet для дальнейшего снижения пульсаций рекомендуется использовать дополнительные LC- фильтры.
Теперь посмотрим на тепловые снимки преобразователя для оценки допустимых режимов его работы.
Первый снимок — в режиме тока выхода 1.5 А (входное напряжение 10 В, выходное — 3 В):
Самые яркие (горячие) точки на снимке — это ожидаемо сама микросхема LM2596 и выпрямительный диод SS36 .
Максимальная температура составила 68 градусов. Это, хотя уже и очень тепло, но вполне допустимо.
Теперь — второй теплоснимок, сделанный при токе выхода 3 А (входное напряжение 10 В, выходное — 6 В):
В этом режиме наиболее горячий элемент — уже только один, микросхема LM2596 . Её температура составила почти 120 градусов!
Такая температура уже вплотную подбирается к максимально-допустимой в 125 градусов. Иными словами, такой режим опасен для здоровья и жизни преобразователя.
На этом можно перейти к окончательным итогам.
Окончательный диагноз DC-DC преобразователя на LM2596 со встроенным вольтметром
Преобразователь представляет собой законченное устройство, сразу готовое к работе.
Из особенностей, в первую очередь, надо отметить, что не следует этот преобразователь использовать в режиме с током выхода, равным максимально-допустимому току в 3 А: возможен перегрев и выход из строя.
Правильнее всего его будет эксплуатировать в соответствии с исторически сложившейся и рекомендованной для повышения надёжности традицией: использовать по максимально-допустимым параметрам не более, чем на 75-80%. В данном случае это будет означать, что выходной ток не должен превышать 2.4 А.
Также для улучшения работы и дополнительного подавления пульсаций можно использовать дополнительные конденсаторы, подключенные снаружи со стороны входа и выхода.
Купить протестированный преобразователь можно на Алиэкспресс здесь или здесь, а также и у многих других продавцов.
Если наличие вольтметра не обязательно, то можно купить плату преобразователя с такими же параметрами дешевле, например, здесь (и сама плата будет меньше по габаритам).
Реклама. ООО «АЛИБАБА.КОМ (РУ)» ИНН 7703380158
Весь раздел «Сделай сам! ( DIY) » — здесь.
Ваш Доктор.
03 января 2022 г.
Вступайте в группу SmartPuls.Ru Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.
Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам
Доктора! (Администрация сайта — контакты и информация)
Группа SmartPuls.Ru Контакте — анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них