Учим понижающий преобразователь DC-DC работать при низких напряжениях


Встретился на просторах Ali весьма интересный понижающий преобразователь напряжения, с таким набором характеристик.

Вот что заявлено у продавца:
1.Input voltage range:5-36VDC
2.Output voltage range:1.25-32VDC adjustable
3.Output current: 0-5A
4.Output power: 75W
5.High efficiency up to 96%
6.Built in thermal shutdown function
7.Built in current limit function
8.Built in output short protection function
9.L x W x H =68.2x38.8x15mm

Про самые интересные фички этого преобразователя продавец или не сказал или не заострил на них внимание. А фички весьма интересные.

1. Встроенный вольтметр входного и выходного напряжений, амперметр и ваттметр, с функцией калибровки показаний. Функция калибровки для напряжения и тока работает независимо. Реальная точность показаний после калибровки получается в районе ~0.05v. Но об этом ниже.

2. Данный понижающий преобразователь умеет работать как в режиме стабилизации напряжения, так и в режиме стабилизации тока. По сути — это самый маленький и самый дешёвый лабораторный источник питания со встроенным мультиметром. К которому достаточно прицепить кроватку для аккумуляторов, чтобы получить готовое зарядное устройство любых типов аккумуляторов.

3. Встроенный USB разъём, позволяющий напрямую цеплять USB устройства. Вроде это мелочь, и совсем не сложно спаять свой USB хвост. Но любой хвост даст паразитное сопротивление, а тут уже всё на плате. Реально удобно. USB выход с максимальным током до 5A, для которого можно выставить произвольное напряжение и который не боится ни КЗ, ни перегрузки — это круто.

Была мысль использовать данный преобразователь как мощный преобразователь, способный утилизировать полную мощность солнечной батареи с напряжением в 6v. Так как использовать солнечную батарею планируется использовать вдали от цивилизации, где лишнего мультиметра с собой нет, очень хотелось найти преобразователь с наличием встроенного вольтметра-амперметра.

Понижающих преобразователей с функцией стабилизации тока, не боящихся КЗ, со встроенным вольтметром-амперметром совсем не большое предложение. Ближайшие конкуренты:

Без стабилизации тока.

Другой тип вольтметра, без функции ваттметра и без возможности калибровки на уровне кнопок, плюс значительно дороже.

Меньше ток, только до 3А

В общем, лучше ничего найти не удалось, и данный преобразователь был куплен. Через месяц пакет ждал на почте.

Первые-же тесты данного преобразователя разочаровали. Оказалось, что хотя сам преобразователь начинает работать при входящих напряжениях выше 3.2v, то вот с вольтметром была беда. Врал вольтметр на НЕСКОЛЬКО ВОЛЬТ!!! Поэтому первым делом была сделана калибровка. Но оказалось, что калибровка не спасает. Если откалибровать вольтметр при 5v, то начинались проблемы с показаниями при 12v и наоборот.

Позже, эксперименты показали, что вольтметр показывает корректные значения, только если входное напряжение выше 6.5v. При снижении входного напряжения ниже 6.5v вольтметр начинал врать. Причём искажались абсолютно все показания при низком входном напряжении. Даже показания выходного напряжения начинали «плыть», хотя фактически они были стабильны. Была крайне неприятно наблюдать, когда при уменьшении входного напряжения с 6.5v до 4.2v встроенный вольтметр начинал показывать, что входящее напряжение растёт. Вот пример цифр, входящего напряжения и напряжения на встроенном вольтметре.

6.74v – 6.6v
6.25v – 6.7v
5.95v – 6.7v
5.55v – 6.8v
5.07v – 7.2v
4.61v – 7.5v
4.33v – 7.8v

При падении входного напряжения ниже 4.2v вольтметр отключался вообще.

Был создан диспут, но продавец оказался нормальным и не стал упираться, 50% от цены сразу вернул.

Если забыть про вольтметр, либо рассчитывать, что питающее напряжение будет всегда больше 7v, тогда можно считать, что преобразователь работает отлично. Но для моего случая, когда основной диапазон рабочих напряжений 4v-8v это можно было считать полным фиаско.

Но тут пришла осень, длинные хмурые вечера, и стало интересно посмотреть, а нельзя ли что-нибудь сделать.

Фото основных элементов преобразователя








Оказалось, что ряд важных элементов спрятан под дисплеем, выпаивать который без особой необходимости не хотелось. Поэтому полную схему преобразователя нарисовать не получилось. Тем более, что несмотря на кажущуюся простоту, схема не такая уж и простая. Потыкав в работащий преобразователь мультиметром, стало ясно, все проблемы начинаются, когда отдельная шина питания, со стабилизированным напряжением в 5v для вольтметра и прочих «мозгов» начинает проседать. За стабильные 5v отвечает чип LM317. И как только напряжения на его входе начинает не хватать для выдачи стабильных 5v, начинаются проблемы у вольтметра.

Проблема стала понятна, но решение её не казалось таким уж простым. По идее, нужно заменить LM317 на какой-то аналог, который умеет не только понижать напряжение, но и повышать его. Аналог SEPIC преобразователя или подобного. Такие чипы есть, но они точно не будут совместимы по цоколёвке, они точно будут требовать дополнительную обвязку, да и цены на такие чипы обычно не гуманные. И тут пришла идея. А что если добавить плату повышающего преобразователя перед LM317. Тем более, что потребляемый ток «мозгами» совсем небольшой. В качестве такой платы идеально подходил преобразователь MT3608, обзоры которого есть тут или тут. Ещё одно неоспоримое достоинство MT3608 — это его цена. Сейчас на Али цена MT3608 начинается с 0.35$ и имеет тенденцию к ещё большему удешевлению.

Кроме цены, радует, то что для модификации нужно сделать минимум изменения на плате. Достаточно разрезать одну дорожку (1) и припаять три провода к MT3608 +Vin (2), -Vin (3) и +Vout (4).

Дополнительно, поверх дросселя MT3608 были намотаны несколько слоёв изоленты, чтобы выровнять высоту с подстроечным резистором. Плюс на самой плате MT3608 была добавлена перемычка для расширения диапазона регулировок потенциометром, и добавлен керамический конденсатор 10 мкф на выходе. В результате получилось так:



Полученный результат превзошёл все ожидания:

1. Значительно возросла точность показаний вольтметра-амперметра при входных напряжениях ниже 6.5v. Проще говоря, вольтметр стал работать как должен быть работать сразу. С учётом калибровки, можно выставить показания в нужном диапазоне в районе 0.05v. Хотя всё-же нужно заметить, что если точно выставить регион 5v, в районе 12v вольтметр будет врать в районе 0.3v.

2. Вольтметр теперь включается при 1.9v. Теперь можно видеть на встроенном вольтметре, момент включения силовой части преобразователя, при повышении входного напряжения выше 3.2v.

3. Теперь в случае перегрузки источника, это когда преобразователь пытается забрать от источника питания больше, чем тот может отдать, преобразователь стал работать значительно стабильнее. Силовая часть при перегрузке просаживает входное напряжение где-то до 3.45v, что вполне достаточно для питания «мозгов» преобразователя. Не происходит вход преобразователя в режим как-бы мерцания, когда напряжения не хватает для запуска «мозгов».

У данной модификации есть и пара недостатков:

1. Плата стала выше, поэтому чтобы не повредить «сэндвич», были вкручены шурупы, позволяющие устанавливать плату на ровную поверхность без риска.

2. Рабочий диапазон входных напряжений сократился. Ранее входное напряжение могло достигать 35v. Сейчас верхний предел снижен до 20v из-за ограничения MT3608 по входном напряжению. Но в моём случае это абсолютно не критично.

Кот
Кота нет, но есть моль
+
avatar
  • dinoeL
  • 02 ноября 2016, 12:57
0
Видел такие же только + пластиковый корпус идет в придачу, тоже думал, а может взять…
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 12:59
+1
Я подумал проще потом самому отрезать два куска тонкого оргстекла, чтобы прикрыть плату сверху и снизу для работы в поле.
+
avatar
  • peeoner
  • 02 ноября 2016, 21:26
0
а где приобретают оргстекло?
+
avatar
+1
Лучше поликарбонат монолитный.
Я беру обрезки на строительном рынке, в фирмах, торгующих поликарбонатом на отрез.
+
avatar
  • peeoner
  • 29 ноября 2016, 16:14
0
а режете его чем?
+
avatar
+1
Грубо — электролобзиком с мелкозубой пилкой по металлу, потом обрабатываю кромку кромочным фрезером. Народ использует и мини-циркулярки типа протула, дремеля, если PC не толстый. Можно попробовать торцовкой с мелким зубом, если заготовки небольшие, и не будет сколов.
+
avatar
+1
Поищите фирмы рекламные которые занимаются фрезеровкой, у них мелких обрезков оргстекла всегда много, их обычно выбрасывают.
+
avatar
  • Gussif
  • 02 ноября 2016, 13:19
0
Ссылкой не поделитесь. С ходу не али не нашел с корпусом. Только без корпуса идут
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 13:24
+1
С корпусом. Цена бодрит.
+
avatar
  • dinoeL
  • 02 ноября 2016, 13:48
0
Есть еще такой аналог http://everbuying.net/product1199007.html с корпусом за USD $ 5.59 + если поинты применить, то будет вообще неплохо.
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 13:50
0
В обзоре на него ссылка есть. Он максимум 3A даёт.
+
avatar
  • Okmor
  • 02 ноября 2016, 13:12
+2
Себе взял такой же.
Выставляю ограничение по току 50-100мА и работаю с ардуинками не боясь чего то спалить
или закоротить.
Из недостатков:
Не удобно каждый раз переключать вход/выход вольты/амперы. Лучше с двумя дисплеями.
+
avatar
0
и на что это влияет? ардуина выше своей головы всё-равно не перепрыгнет))
+
avatar
+1
Выставляю ограничение по току 50-100мА и работаю с ардуинками не боясь чего то спалить
или закоротить.
Не забывайте, что на выходе электролитический конденсатор. И пока он не разрядится, ваши выставленные 100 мА ничего не значат.
+
avatar
  • Okmor
  • 02 ноября 2016, 13:40
+2
Я знаю, что это спасает не всегда, но в большинстве случаев спасает.
+
avatar
  • 68k
  • 03 ноября 2016, 14:38
0
От ошибок в монтаже, случайных коротышей этот модуль с таким ограничением по току в первую очередь будет защищать блок питания, избавляя от КЗ по выходу.
Хорошее применение.
Более бюджетный вариант — понижающие импульсные CV-CC модули, только без индикатора (100-120 руб). Предварительно пороги нужно настроить с помощью мультиметра.
+
avatar
  • UWU
  • 03 ноября 2016, 18:10
0
На Али есть такой-же преобразователь, только без индикатора, в 2 раза дешевле.
+
avatar
  • asir
  • 03 ноября 2016, 18:38
0
я понял, но эти CV-CC регулировки так не правдоподобны, что мне пришлосьз заменить стабилизацию и оггрананичие тока.
+
avatar
  • UWU
  • 03 ноября 2016, 20:30
0
эти CV-CC регулировки так не правдоподобны
Не понял фразы. Регулировки CV-CC у всех плат преобразователей, что я видел, у всех работали.
+
avatar
+4
ТС — плюс за тематику радиолюбителства / доработку / ознакомление, спасибо ;)
и за «моль» так же: отдельное))
+
avatar
  • DyGygg
  • 02 ноября 2016, 13:30
+3
за «кота» отдельный плюс поставил бы :-D
+
avatar
  • Fghj7
  • 02 ноября 2016, 19:53
+5
Ужас! Моль сожрала кота!!!
+
avatar
  • sls
  • 02 ноября 2016, 13:31
0
коль уж входное напряжение мы все равно ограничиваем на уровне 20В, есть предложение не ставить MT3608, а просто запитать вольтметр от входа :)

p.s. понравился кот
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 13:34
0
Сгорят мозги сразу. Мозгам нужны стабильные 5v, а на входе от 3v до 20v.
+
avatar
  • sls
  • 02 ноября 2016, 13:41
0
на фотках я не увидел мозгов у вольтметра, поэтому предположил, что у него отдельная платка со своим стабом.
не так?
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 13:42
0
Платка у него отдельная, и большая микросхема прячется под индикатором. Но кормится он напрямую от LM317.
+
avatar
  • sls
  • 02 ноября 2016, 13:51
0
она что, крепится на основную плату выводами индикатора?
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 13:58
0
Нет, она распаяна на основной плате прямо под индикатором.
+
avatar
  • PVG
  • 02 ноября 2016, 18:23
+1
Для решения проблемы МТ3608 можно оставить, но запитать его не напрямую а через параметричесий стабилизатор с Uстаб чуть меньше 20 В и минимально допустимым Rогр (для этого стабилитрон желательно мощный), но это если не жалко потерь на этом стабилизаторе при Uвх>20 В.
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 18:32
+1
Для решения проблемы с 20v лучше перед MT3608 поставить какую-нить понижайку, ценой центов за 80. Всё одно, стабилитрон будет дороже. Понятно, что КПД системы будет не очень, но там токи меньше 0.05A, так что потери не критичны.
+
avatar
0
нет смысла ограничивать на предельных 20В, а стабилитрон на 18В стоит дешевле 80 центов
для примера 1N4746A
+
avatar
  • UWU
  • 03 ноября 2016, 10:08
0
Проблема будет с подбором сопротивления для параметрического стабилизатора. Чтобы хватило тока при напряжении на входе 2v, и чтобы не испарился стабилитрон при напряжении 40v.
+
avatar
0
Можно еще «цифровой» вход отдельно запитать. На днях так делал лабораторный источник питания из БП от какого принтера. Там 2 выхода: 35 вольт для шаговых двигателей и 5 вольт для логики — просто счастье какое-то.
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 14:00
0
Здесь так-же можно сделать. Перерезать одну дорожку и припаять два провода, и будет отдельный вход для питания логики.
+
avatar
  • Alber
  • 02 ноября 2016, 14:14
0
Была мысль использовать данный преобразователь как мощный преобразователь, способный утилизировать полную мощность солнечной батареи с напряжением в 6v.
А вот такой степ-даун никто уже не испытывал? (изображение кликабельно)
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 14:16
0
На него то же ссылка есть в обзоре. Ну и цена не сравнима.
+
avatar
  • Alber
  • 02 ноября 2016, 14:19
0
А это другая хрень. С кнопочками. Даже название громкое: MPPT Solar Panel Controller 5A DC-DC Step-down CC/CV Charging Module LED Display
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 14:22
0
А точно. Обзора такого нет.
Я его тоже рассматривал, но отбросил по причине того, что для него минимальное входное напряжение 6v.
+
avatar
  • Alber
  • 02 ноября 2016, 14:25
0
У него нижнее ограничение по напряжению наверняка также установлено из-за вольтметра. Скорее всего, обходится оно аналогичным образом.
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 14:31
0
Самому интересно. Вот ещё его аналог с одним дисплеем, подешевле.

Я неистово искал преобразователи, которые помимо режима CV/CC имели бы ручку MPPT или минимальное рабочее напряжение. Реально низковольтных нашёл только два. У обоих минимальное рабочее напряжение в лучшем случае 5v. Ниже нет ничего, хотя чипов, поддерживающих даже от 3v на рынке много.
+
avatar
  • Alber
  • 02 ноября 2016, 15:08
0
Нашел обзор: www.youtube.com/watch?v=hhJfBN0JJjo

Легко ищутся по: XL4015 MPPT
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 17:54
0
И всё что ищется будет для рабочего диапазона выходных напряжений 6v-36v. Более низковольтных решений просто нет.

А видео я это видел, когда искал. И уж если смотреть на MPPT, то мне более симпатичны решения на LTC3780, и особенно интересны новые LTC7812, LTC7813/ Но плат на них пока нет.
+
avatar
  • Aostspb
  • 02 ноября 2016, 14:31
0
И тут пришла идея. А что если добавить плату повышающего преобразователя перед LM317. Тем более, что потребляемый ток «мозгами» совсем небольшой. В качестве такой платы идеально подходил преобразователь MT3608
Из обзора неочевидно, почему надо ставить сначала повышающий преобразователь, а потом снижать напряжение на линейном регуляторе. Правда, если пойти по ссылкам и вчитаться, то причина станет понятна:
Ещё одна особенность — преобразователь работает нестабильно при малой разнице между входным и выходным напряжениях, т.е. например не стоит из 3В делать 3,3В.
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 14:33
0
Из обзора неочевидно, почему надо ставить сначала повышающий преобразователь, а потом снижать напряжение на линейном регуляторе.
Так проще :)
+
avatar
  • Aloha_
  • 02 ноября 2016, 16:55
0
Можно было бы немного расширить диапазон напряжений заменив LM317 на любой из например этих: low-drop стабилизаторы. Может и не пришлось бы плату сверху колхозить.
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 18:01
+2
Low-drop — это тот-же линейный стабилизатор. Всё разница, что с low-drop глюки начнутся не с 6.5v, а с 5.2v. Применение повышайки же кардинально увеличивает интервал рабочих напряжения, реально с 1.9v. Да и по цене MT3608 сейчас подешевле будет.
+
avatar
0
2 верхних подстроечника — это установка на выходе напряжения и тока, а где калибровка показаний на индикаторе напряжения и тока?
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 17:52
+1
Она цифровая. Удержанием правой кнопки включается режим калибровки. После чего кнопками нужно выставить правильное напряжение, и ещё раз нажать и удержать правую кнопку.
+
avatar
0
Спасибо. Тоже его заказал себе.
+
avatar
0
А можете посоветовать какой нибудь преобразователь уже готовый, чтобы с одной стороны воткнул, с другой уже нужное напряжение?
нужен повышающий с 12V
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 19:11
0
Их реально десятки моделей. Чтобы выбрать нужно дать ответы, как минимум, на эти вопросы:
1. какой максимальный ток
2. какая максимальная мощность
3. диапазон входных напряжений
4. диапазон выходных напряжений
5. нужен ли дисплей
6. нужна ли цифровая регулировка
7. нужна ли стабилизация по току
8. нужна ли защита от КЗ
+
avatar
  • AnnaSun
  • 02 ноября 2016, 19:30
0
Сколько потребляют «мозги»? Если менее 20мА, то есть конденсаторные charge pump, которые могут обеспечивать стабильные 5 вольт при входных 4-18 вольт. Модель не помню, завтра уточню у преподавателя, мы лабораторную проходили по этой теме.
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 19:35
0
Сколько потребляют «мозги»?
В районе 20мА, может чуть больше. Не померил.

есть конденсаторные charge pump
Мне кажется, с учётом цены MT3608 вне конкуренции.
+
avatar
+6
Спасибо за обзор.
Оказалось, что ряд важных элементов спрятан под дисплеем, выпаивать который без особой необходимости не хотелось. Поэтому полную схему преобразователя нарисовать не получилось...






Доработка модуля







+
avatar
  • bowe
  • 03 ноября 2016, 00:30
0
А можно поподробнее?
+
avatar
  • AnnaSun
  • 03 ноября 2016, 10:01
+1
Нам лектор говорил — если электронное устройство, для получения заданных параметров, требует огромные радиаторы, обдув и доработку, то это — неправильно спроектированное устройство :)
+
avatar
  • asir
  • 03 ноября 2016, 19:26
0
Надо учитывать условия эксплуатации, возможности применения как активного, так и пассивного охлаждения оборудования. Ваш лектор прав, применим дорогие кмопы и мощные шотки оно заработает, а стоит это затрат?
+
avatar
  • asir
  • 03 ноября 2016, 20:10
+1
насчёт КПД и зависимости частоты преобразования, думаю вам рано об этом говорить с профессором, Мне интересно, что сейчас думает профессиатура о теории Дарвина, о относительной теории Энштейна. Что вам сейчас преподают?
+
avatar
  • AnnaSun
  • 04 ноября 2016, 13:56
0
Извините, я не поняла совсем точно, что вы спрашиваете, вас интересует текущая программа обучения?
+
avatar
  • peeoner
  • 02 ноября 2016, 21:22
0
Брал на ебей такой же… наверно… с микрухой хл4015, посмотрел даташит, а он оказывается работает от 8в до 36в… а прод писал что от 5в… запитал от зарядки телефона… не робит… перепаял зарядку на 12в, заработал. хотел открыть спор, но так и не нашел где… нет ни кнопки-оставить отзыв… ни сроки доставки посмотреть… плюнул в общем… так и лежит… буду признателен, если добавите инструкцию… по использованию… таже калибровка, почему то сбивалась у меня…
+
avatar
  • UWU
  • 02 ноября 2016, 21:45
0
Вообще преобразователи, даже похожие, могут сильно отличаться. Нужно внимательно смотреть. Так у меня работает при напряжении выше 3.2v.

Про споры на eBay
+
avatar
  • peeoner
  • 29 ноября 2016, 16:26
0
запитал преобразователь от зарядки шурика, 15в, 400ма… хотя на входе 22в… так вот, он у меня вырубается при подключении потребителя, это брак преобразователя или бп шурика виноват?
запитал галогеновую лампочку на 12в, и напруга на выходе проседает до 1,3в… крутилкой-не поднимается… уменьшение силы тока на выходе до 400ма… тоже напяжение не подняло…
+
avatar
  • T0xaNSK
  • 03 ноября 2016, 17:17
0
Спасибо за обзор! Интересный преобразователь. А я заказал себе вот такой конвертер — повелся на бокс и мощность. В итоге при проверке оказалось он умеет только светить красным светодиодом и гнать на выход то же напряжение что и на входе, не реагируя на подстроечник)) Открыл диспут.

+
avatar
  • asir
  • 03 ноября 2016, 18:59
+1
Ну. да. не ровняйте. СДЕСЬ работает компаратор с проограммируемым чипом.а в вашей схеме только управляемый стабилизатор
+
avatar
  • asir
  • 03 ноября 2016, 19:45
+1
Надеюсь схему найдёте. Есть даташиты на все микросхемы.Если в схеме есть операционник LM358` и тому подобный, схем много.ЛМ-ка используется в качестве регулируемого компаратора.
+
avatar
  • wwest
  • 09 ноября 2016, 23:37
0
Именно тут и стоит LM358.
+
avatar
  • wwest
  • 09 ноября 2016, 23:36
0
Откуда там 5А? Не смешите, только кратковременно в импульсном режиме на 1 минуту.
Преобразователь идентичен аналогичному популярному на АЛИ на этой МС.Просто добавили продвинутый индикатор.
Чтобы появилось долговременное стабильное 5А надо заменить греющийся дроссель на более крупный и как минимум посадить МС и диод на радиаторы как выше.