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

LM2596 — это преобразователь напряжения. С его помощью входное значение снижается до 40 В, выходное — корректируется. При этом сохраняется одно значение тока — 3 А. Модуль отлично подходит для автомобильных светодиодов. Цена самых дешевых из этих устройств — около 40 рублей.

Производством надежных, доступных и удобных в эксплуатации контроллеров занимается фирма Texas Instruments. На их основе китайские предприятия изготавливают самые недорогие импульсные преобразователи, которые понижают напряжение.

Рекомендую приобретать такие преобразователи в числе как минимум 10 штук. Это обойдется еще дешевле, а куда применить такой прибор, вы найдете всегда.

Особенности преобразователей LM2596

Самый популярный вариант применения устройства — источник напряжения на основе стабилитрона. Из него получается качественный импульсный БП, который выдерживает воздействие короткого замыкания. LM2596 — полностью соответствует даташит и всем описанным параметрам.

Еще один вариант использования преобразователей — стабилизатор силы тока. Модуль данной микросхемы подключает светодиодную автомобильную матрицу LM2596 с мощностью 10 Вт, в дополнение обеспечивая предотвращение КЗ.

Эти устройства имеют свою уникальность. Они обеспечивают снижение выходного напряжения до 40 В, необходимо всего 5 внешних элементов. Напряжение шины питания “умного дома” таким образом поднимается до 36 В, а сечение кабелей — уменьшается. В районе точек потребления нужно поставить такой модуль и настроить его на необходимый вольтаж (5,9,12).

Параметры устройства

Микросхема обладает следующими характеристиками:

1. Напряжение входа — от 2,4 до 40 В.
2. Напряжение выхода — от 1,2 до 37 В, его можно регулировать и фиксировать.
3. Ток выхода — максимум 3 А.
4. Преобразовательная частота — 150 кГц.
5. КПД при низком давлении — 75%, при большом — до 95%.

Корпуса

Есть 2 вида корпусов. Для одного из них применяется установка внутрь отверстия (ТО-220). Мне больше нравится планарный вариант, так как там радиатор — это и есть плата, и отпадает потребность в приобретении еще одного внешнего радиатора. Механически он гораздо устойчивее, чем TO-220, которая в обязательном порядке должна быть к чему-то привинчена, например, к плате. В этом случае установка планарной версии — гораздо проще.

Размеры LM2596

Советую устанавливать схему LM2596T-ADJ в блок питания, так как с ее корпуса проще отводится энергия.

Использование трансивера

Понижающий преобразователь напряжения своими руками можно собрать с использованием понижающего напряжение трансформатора. В этом случае понадобится три усилителя. Один из них устанавливают непосредственно за индуктором. Другие два располагают за трансформатором. Для успешной работы прибора будет достаточно одного фильтра. Трансивер подключается к преобразователю через дроссель.

Для повышения проводимости тока можно использовать стабилитрон. Регулятор частоты должен быть установлен, если катушка доступна при 50 А. В других случаях необходимости распределять нагрузку нет. Фильтр обеспечит безопасную работу устройства.

Как появились стабилизаторы линейного типа

Сначала нужно разобраться, в чем главный минус стандартных линейных преобразователей наподобие LM78XX. Основной элемент такого устройства — сильный двухполярный транзистор, который изначально был управляемым резистором.

Устройство включено в пару Дарлингтона. Основной ток задает операционный усилитель. Он увеличивает разницу между напряжением выхода и тем, которое задается ИОН, — источником опорного напряжения. Он подключается по стандартной схеме усилителя ошибки.

Схема подключения первых преобразователей

Итак, резистор включается с помощью преобразователя по последовательной схеме, при наличии нагрузки. Он контролирует сопротивление для гашения на нагрузке определенного количества Вольт. При подсчете можно установить, что, если напряжение снижается, например, с 12 до 5 В, происходит распределение входных 12 В на нагрузку и стабилизатор с отношением 7:5.

Происходит гашение “избыточных” 7 В и их превращение в тепло. Это приводит к проблемам с охлаждением, и на это тратится большое количество энергии ИП. Если питание поступает от розетки, в этом нет ничего опасного, но если от батареи или аккумулятора, данный фактор нужно учитывать.

Описанным способом вряд ли получилось бы изготовить преобразователь, увеличивающий напряжение. Лет 30 назад рассчитать такие схемы было крайне сложно. Простейшая схема этого типа — 2-тактный преобразователь с 5 до 15 В.

Такое устройство дает гальваническую развязку, но эффективность использования им трансформатора — крайне мала. Активно используется только 1⁄2 первичной обмотки.

Но это, скажем так, прототип. А теперь поговорим о современных устройствах.

Схема современного преобразователя

Микросхему удобно использовать как конвертерный step–down. сильный двухполярный ключ размещен внутри, нужно только дополнить регулятор еще несколькими компонентами — быстрым диодом, выходным и входным конденсаторами и т.д.

В вариации LM2596ADJ необходима схема обеспечения напряжения выхода: 2 резистора, либо 1 плазморезистор.

LM2596 изнутри выглядит примерно так:

ШИМ-сигнал управляется мощным ключом изнутри прибора. Точка А х% времени обладает полным напряжением, при (1–x)% — нулевое напряжение. Колебания сглаживаются LC-фильтром. Он выделяет неизменный компонент напряжения питания.

Инвертирующие преобразователи (регуляторы III типа)

Предназначены для получения напряжения обратной полярности. При этом выходной сигнал может быть как ниже входного, так и выше. Микросхемы ДС/ДС преобразователей напряжения инвертирующего типа содержат тот же набор базовых элементов, что и вышеописанные устройства I и II типов, но их соединение выполнено в другой последовательности. К источнику питания последовательно подключаются транзистор, диод, сопротивление нагрузки с конденсатором. Индуктивный накопитель энергии подсоединяется между коммутирующим элементом и диодом.

При замыкании ключа энергия запасается в катушке. Диод при этом закрыт и не дает электротоку протекать к нагрузке. При отключении транзистора ЭДС индуктивного накопителя прикладывается к участку цепи с диодом, сопротивлением и конденсатором. Диод выпрямителя пропускает только импульсы напряжения с отрицательным знаком, поэтому на выходе формируется инверсное напряжение, знак которого противоположен знаку источника.

Приведенные выше варианты представляют собой упрощенные схемы конверторов постоянного напряжения. Подавляющее большинство современных преобразователей отличается намного более сложным устройством. Например, они оснащены гальванической развязкой, которая обеспечивает изоляция входной электроцепи от выходной. Их широко используют в источниках питания с IGBT-транзисторами, программируемых логических контроллерах. За счет гальванической развязки достигается высокий уровень безопасности и помехоустойчивости.

При этом схема DC/DC конвертора может быть регулируемой, нерегулируемой и полурегулируемой.

Как работает LM2596

Индуктивность не позволяет проходить через нее изменению тока. Создается высокое отрицательное напряжение самоиндукции, нагрузочное напряжение идентично разнице этого параметра для самоиндукции.

Индуктивный ток и нагрузочное напряжение поэтапно возрастают. Он замыкается на землю посредством диода и уменьшается. Значит, нагрузочное напряжение имеет меньшее значение, чем входное, и на него влияет скважность импульсов.

Проверка работы

При разработке или модификации схемы понижающего импульсного преобразователя (работающей в режиме непрерывных токов и использующей ШИМ) можно использовать формулы из этой статьи для расчета номиналов основных компонентов и требуемых характеристик. При этом необходимо провести лабораторные испытания схемы, чтобы проверить электрические и температурные характеристики. Для получения работающей схемы надлежащая разводка печатной платы и разумное размещение компонентов так же необходимы, как и правильный выбор компонентов.

Напряжение выхода

Модуль производят в 4 вариантах:

1. С напряжением — 3,3 В.
2. 5 В.
3. 12 В.
4. LM2596ADJ — регулируемый вариант.

Повсеместно применяется настраиваемая версия, так как ее много на складах электронных фирм. Она не в дефиците, а дополнения к ней — самые простые, это всего лишь 2 дешевых резистора. Разумеется, популярен и вариант на 5 В.

Чтобы задать выходное напряжение, можно использовать DIP-переключатель или поворотник. И в том, и в другом случае, нужны точные резисторы. Напряжение настраивается без помощи вольтметров.

Как сгладить пульсации напряжения вход

Получается, что если использовать LM2596 как понижающий преобразователь, конденсатор входа, стоящий сразу за диодным мостом, обладает небольшой емкостью от 50 до 100 мкФ.

Конденсатор выхода

Если частота преобразования высока, конденсатор входа тоже должен обладать большой емкостью. Потребитель с высокой мощностью не сможет серьезно снизить работоспособность данного конденсатора в ходе одного цикла.

Ни в коем случае не делайте танталовые конденсаторы входными и выходными. В их даташит указано: “не для использования в цепи питания”, так как они сложно переносят даже небольшое увеличение напряжения, а также, высокий уровень импульсного тока. Пользуйтесь стандартными конденсаторами из алюминия и электролитов.

КПД, уровень эффективности и потери тепла

Коэффициент полезного действия — не самый высокий, так как мощным ключом является двухполярный транзистор. Его падение напряжения не равно нулю, оно составляет 1,2 В. Поэтому эффективность падает и при маленьких напряжениях.

Наибольшая эффективность становится возможной при разнице между напряжением входа и выхода на уровне 12 В. Иными словами, если его снизить на 12 В, большая часть энергии уйдет на тепло.

Будем считать, что когда 12 В преобразуются в 5 В, потери при токе выхода в микросхеме равны 1,3 Вт, ток входа составляет 0,52 А. Это эффективнее преобразователя линейного типа, дающего, как минимум, потерю в 7 Вт. Потребление из сети входа — вдвое больше.

У LM2577 — втрое меньшая частота. Она намного эффективнее, так как потери во время переходных процессов не так высоки. Но устройству требуется повышенные параметры дросселя и конденсатора выхода, что приводит к лишним затратам.

Выбор силового ключа

Выбора силового ключа (полевого транзистора с изолированным затвором, MOSFET) можно избежать: инженеры часто обходят эту задачу, выбирая микросхемы стабилизаторов со встроенным ключом. К сожалению, для большинства производителей большой полевой транзистор, встроенный в один корпус с контроллером преобразователя, обходится слишком дорого. Поэтому преобразователи со встроенным силовым ключом обычно рассчитаны на максимальные токи от 3 до 6 А. Для бульших выходных токов приходится использовать внешний ключ.

Прежде чем приступить к выбору подходящего изделия, необходимо определить максимальную температуру перехода (TJmax) и максимальную окружающую температуру (TAmax) для внешнего ключа. TJmax не должна быть больше 115–120 °C, а TAmax не должна превышать 60 °C. Максимальная окружающая температура в 60 °C может показаться высокой, но схемы понижающих преобразователей обычно размещаются в таких корпусах, для которых подобная окружающая температура является вполне нормальной. Максимально допустимый перепад температур для силового ключа можно вычислить следующим образом:

Подстановка приведенных выше величин в формулу (7) дает максимальный перепад температур для силового ключа в 55 °C. Максимальная мощность, рассеиваемая силовым ключом, может быть вычислена из допустимого максимального перепада температур для ключа:

Тип корпуса силового ключа и количество меди на печатной плате, соединенной с ним, влияют на тепловое сопротивление между переходом ключа и окружающей средой (θJA). Когда тепловое сопротивление не указано в справочных данных, для стандартного корпуса SO-8 хорошим приближением можно считать значение 62 °C/Вт (соединение через проводники, без открытой металлической поверхности в днище корпуса). Это справедливо, если площадь печатных проводников составляет 1 дюйм² при медном покрытии с удельной массой 1 унция на 1 квадратный фут (1 oz copper).

Между величиной теплового сопротивления и количеством меди, соединенным с устройством, нет прямой пропорциональной зависимости. Уменьшение теплового сопротивления быстро снижается при увеличении площади меди выше 1 дюйм². Подстановка в выражение (8) значения θJA = 62 °C/Вт дает максимально допустимую рассеиваемую мощность ключа около 0,89 Вт.

Рассеиваемая ключом мощность зависит от его сопротивления в проводящем состоянии и потерь на переключение. Потери на сопротивлении открытого ключа могут быть вычислены по формуле:

Так как в справочных данных обычно приводится максимальное сопротивление открытого ключа только при температуре 25 °C, требуется оценить его величину для нагретого устройства. Согласно практическому правилу, температурный коэффициент 0,5%/°C обеспечивает хорошее приближение для расчета максимального сопротивления открытого ключа при любой температуре. Таким образом, сопротивление открытого ключа в нагретом состоянии рассчитывается как:

Предположив, что потери на сопротивлении ключа составляют примерно 60% от всех потерь в ключе, мы можем сделать подстановку в формулу (10) и получить выражение (11) для максимально допустимого сопротивления открытого ключа при температуре 25 °C:

Потери на переключения составляют меньшую часть в мощности, рассеиваемой силовым ключом, но они должны быть учтены в расчетах. Следующий расчет потерь на переключения дает только грубую оценку, и поэтому он не заменяет лабораторных экспериментов. Желательно при проведении испытаний установить на корпусе силового ключа термопару для контроля правильности выкладок.

где CRSS — это проходная емкость ключа, IGATE — пиковый втекающий-вытекающий ток управления затвором, отдаваемый контроллером, а силовой ключ — MOSFET верхнего плеча.

Предположим, что затвор управляется током 1 А (значение взято из справочных данных на драйвер-контроллер) и проходная емкость равно 300 пФ (согласно справочным данным на силовой ключ). Тогда из выражения (11) можно получить максимальное RDS(ON)25 °C приблизительно 26,2 мОм. Перерасчет и суммирование потерь на сопротивлении открытого ключа с потерями на переключение дают рассеиваемую мощность 0,676 Вт. Далее можно получить максимальный перепад температур на силовом ключе 101 C, что укладывается в допустимый температурный диапазон.

Возрастание тока выхода

Ток микросхемы довольно высок, но иногда требуется еще больше.

Запараллельте преобразователи, настроенные на одинаковое напряжение выхода. При таких обстоятельствах нельзя использовать простые резисторы smd в цепи, задающей напряжение, Feedback. Применяйте резисторы с точностью до 1% или задавайте напряжение самостоятельно с помощью переменного резистора.

Если вы не уверены, что разброс напряжения мал, параллельте преобразователи с помощью небольшого шунта с сопротивлением несколько десятков мОм. Тогда всю нагрузку возьмет на себя преобразователь с наибольшим напряжением, и не факт, что он выдержит.

Можно воспользоваться высоким уровнем охлаждения с помощью большого радиатора или многослойной печатной платы крупной площади. Это помогает повысить ток.

Есть еще вариант — вынесение мощного ключа за корпус микросхемы. Поэтому есть возможность использования полевого резистора с небольшим падением напряжения, повысить КПД и ток выхода.

Выбор диода

Ограничивающим фактором при выборе диода является рассеиваемая мощность. Средняя мощность для наихудшего случая может быть рассчитана по следующей формуле:

где VD — это падение напряжения на диоде при заданном выходном токе Ioutmax. (обычно составляет 0,7 В для кремниевого диода и 0,3 В для диода Шоттки.) Убедитесь, что выбранный диод способен рассеивать такую мощность. Для обеспечения надежной работы во всем диапазоне входных напряжений надо также быть уверенным, что повторяющееся максимальное обратное напряжение для этого диода больше, чем максимальное входное напряжение (VRRM/VINmax). Максимальный допустимый прямой ток диода должен быть больше или равен максимальному выходному току.

Как регулируется выходной ток

Это возможно только в том случае, если мы имеем дело с настраиваемым напряжением выхода в варианте LM2596ADJ. В Китае производится именно такая плата, где есть всевозможная индикация. Такой модуль можно приобрести под наименованием xw026fr4.

xw026fr4

Если у вас нет желания использовать готовый модуль, сделайте устройство своими руками. Это не сложно. Есть только одна проблема — микросхема не управляет током, но это можно изменить.

Преобразователь тока — актуальное устройство, применяемое в световых и лазерных диодах, гальванических элементах, зарядках. Приобрести его можно в популярных интернет-магазинах.

Трансформатор с открыты выпрямителем

Собрать такой преобразователь своими руками очень просто. Сначала нужно установить катушку с первичной обмоткой. Выбирайте те, которая выдержит напряжение больше 30Ом. Сам выпрямитель монтируется по соседству с тетродом.

Резисторы лучше выбирать открытого вида. В этой схеме усилитель устанавливать нельзя. Если вы собираете прибор на 60 А, они должны быть припаяны рядом с катушкой. Когда все готово, закрепляются клеммные колодки.

Зарядное usb-устройство на LM2596

Можно соорудить качественный переносной зарядник. Настройте регулятор на уровень напряжения 5В, добавить к нему USB-порт и обеспечьте питание зарядного устройства. например, мне встречался аккумулятор из литий-полимера, который обеспечивает 5 ампер-часов, когда напряжение составляет 11,1 В. Этого хватит для восьмикратной разрядки обычного смартфона без учета КПД. Если его учесть, выйдет около 6 раз, не менее.

Обязательно замкните два контакта — D+ и D- usb-гнезда для сообщения телефону о его подключении к зарядному устройству и неограниченности передаваемого тока. Если же это не сделать, в “мозгу” устройства сложится информация о его подключении к ПК и зарядке током около 500 мА, то есть очень слабым. Но таким током не компенсируется энергопотребление телефона, и зарядка аккумулятора невозможна.

Предусмотрите наличие отдельного входа 12 В от машинного аккумулятора с гнездом для прикуривателя и используйте переключатель для переключения источников. Установите светодиод, сигнализирующий о включении устройства. Иначе вы забудете о выключении батареи, когда она полностью зарядится, и из-за потерь в преобразователе она полностью сядет в течение нескольких дней.

Этот аккумулятор — не лучший вариант, он работает при высоком токе. Найдите батарею с более или менее сильным током, с меньшими размерами или массой.

lm2596 hw 411

Рассмотрим еще один понижающий модуль. Его эффективность составляет 80-92%. Он применяется в разных приборах, снижающих напряжение. Он может быть блоком питания, зарядкой, контрольным преобразователем сигналов. Применяется в автомобилях для зарядки оборудования.

Напряжение входа постоянного тока составляет 4-40 В, выхода — 1,5-35 В. Самое высокое значение тока — 3 А, если он больше 1 А, нужно воспользоваться дополнительным охлаждением.

Dc Dc преобразователь

Питание электроаппаратуры успешно обеспечивается с помощью dc dc преобразователей. Это устройство применяется в вычислительной технике, приборах связи, разных контролирующих системах, автоматике.

Это довольно простая идея: происходит преобразование постоянного напряжения в переменное, обычно, с частотой не в одну сотню килогерц. Оно увеличивается, а затем выпрямляется и поступает в нагрузку. Такое устройство — это импульсный преобразователь.

Главный плюс устройства — в его высоком КПД, от 60 до 90%. Также удобно то, что разброс входных напряжений довольно широк.

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

Содержание

• Вступление
• Внешний вид, конструкция и схемотехника DC-DC преобразователя
• Технические испытания DC-DC преобразователя
• Предельные режимы работы преобразователя и защита от короткого замыкания
• КПД преобразователя
• Итоги и выводы

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

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 250 российских рублей ($3.5). 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).

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.

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.

Светодиодный драйвер

Чтобы обеспечить стабильное электропитание, нужна специальная электросхема в виде блока или драйвера питания. Он называется led driver.

За счет электронной схемы обеспечивается стабилизация напряжения и тока, которые подводятся к кристаллу.

Данная схема автоматически не поддерживает ток. Он увеличивается при росте напряжения. Когда его допустимое значение будет превышено, кристалл разрушится от перегревания.

Этот вариант подходит для led-источников света с небольшой мощностью, но для мощных светоизлучателей он не годится категорически. Не путайте светодиодный драйвер с люминесцентной лампой, их принципы работы сильно отличаются.