Понижающий преобразователь DC-DC на XL4015

Однажды мне потребовался понижающий преобразователь с выходной мощностью до 30вт, хорошим КПД и возможностью ограничения тока. Погуглив по теме, я выбрал для себя плату преобразователя на XL4015. Обзор подобной платы уже был на mysku — mySKU.me/blog/aliexpress/46321.html или вот его упрощенная версия без регулировки тока mySKU.me/search/topics/?q=xl4015
В данном обзоре я хочу рассказать об измеренных параметрах устройства и его модификации для полноценной работы. Даташит нам говорит о хорошем КПД, возможности отдавать до 5А в нагрузку и хорошем диапазоне питающих напряжений. Параметры устройства от китайцев

• Погрешность измерения входного/выходного напряжения ± 0.05 В
• Входное напряжение 4.0 ~ 38 В
• Выходное напряжение 1.25 В ~ 35 В
• Выходной ток до 5А, рекомендуется 4.5A
• Выходная мощность до 75 Вт

Далее стал изучать даташит — КПД довольно сильно зависит от параметров входного/выходного напряжения и тока нагрузки. Путем подсчетов обнаружил, что на самой микросхеме может выделяться до 5 ватт и выше. Очевидно, что слоев металлизации на этой платке не достаточно для нормального охлаждения микросхемы. Входящий в комплект радиатор выполняет декоративную роль — отводить тепло нужно с обратной стороны чипа. Сразу понял, что будет нужна доработка
Далее увидел, что вариантов этой платы несколько. В одном из вариантов увидел интересную особенность — с обратной стороны платы есть небольшой участок 1.5x0.8см с отверстиями сплошной металлизации

Площадка сразу напротив чипа. Эта площадка по мнению китайцев, видимо, должна была улучшить теплоотвод. Но мне пришла в голову интересная мысль — если мы не можем прикрепить к этой плате радиатор, то можно очистив эту площадку, его к ней припаять :) А отверстия металлизации будут передавать на радиатор тепло. Правда работа достаточно ювелирная. Заказал две таких платы, дабы если одну поломаю после экспериментов, использовать другую. После получения плат замерил параметры преобразователя

• Входное напряжение — минимум 4.5 вольт. Но нормально встроенный вольтметр начинает работать от 6 вольт. Ниже или не работает или врет. Но меня устраивает
• Выходное напряжение — 1.25 — 32В (входное я ограничил безопасным уровнем в 36В из-за номиналов примененных компонентов, в т.ч. диода Шоттки на 40 В)
• Ток действительно отдает до 5А. Но есть нюансы — я подал на вход 17 вольт постоянки и на выходе повесил два резистора по 20 ватт 4 Ома. Получил 2 Ома. Выходное напряжение установил 8 вольт. Итого получил ток нагрузки 4А, выходную мощность 32 ватта. Далее замерял температуру компонентов — довольно быстро микросхема нагрелась до 85 градусов, диод Шоттки на входе до 110. Этот же диод стал сильно разогревать расположенный рядом электролит. Индуктивность через некоторое время нагрелась до 80 градусов. В общем без переделки оно отдает 30 ватт. Но отдавать оно будет не долго :) Все это быстро выйдет из строя. Путем экспериментов и измерений температуры обнаружил, что безопасно долговременно можно снимать с него не более 20 ватт. Чудес не бывает. Под 75 ваттами китайцы, видимо, понимали очень кратковременное увеличение мощности. КПД в этом режиме оказалось равным 86 процентам
• По току — я бы не стал снимать с него более 4А. Дело не в микросхеме, а в том, что для больших токов нужно менять индуктивность
• Пульсации — при нагрузке 4А и выходном напряжении 8В пульсации составляют порядка 120мВ

Очистил место под пайку радиатора

Приступил к изготовлению радиатора. Взял медную пластину толщиной 2мм, сделал несколько изгибов, отпилил на конце по выступу, что бы получить площадку для пайки. Замеров не делал, но на прилагаемых скриншотах понятно, как он изготовлен. Повторить просто


Теперь, если мы просто припаяем радиатор, то на месте пайки получим рычаг. Т.е. если надавим на радиатор, он оторвет эту площадку. Поэтому я изготовил брусок по диаметру изгиба, который уже использовал как опору и приклеил его эпоксидкой к плате и радиатору и сразу припаял радиатор


После застывания эпоксидки получилась монолитная прочная конструкция


Далее испытал все на той же нагрузке. Температура на чипе и радиаторе стала меньше 55 градусов. Тепло передается хорошо. Аналогичный результат и на второй плате. Следующая доработка — тот радиатор в комплекте — я убрал одну секцию и через теплопроводную пасту установил на диод Шоттки. Зафиксировал эпоксидкой

По замерам, температура упала со 110 до 79 градусов. И стал меньше греться электролит. В таком варианте уже вполне можно долговременно отдавать 30 ватт. Что нужно. Еще одна доработка — китайцы не поставили шунтирующий керамический конденсатор параллельно выходному электролиту. А он нужен по даташиту. Поставил 0.1uF 50v

Дальше больше. Захотел полноценный блок, со входом для переменного напряжения, дополнительной фильтрацией выходных пульсаций, нормальными разьемами, выходом для постоянного напряжения и для зарядки током. Сделал такую плату

Думаю тут все понятно. Единственный момент — дополнительно переключатель на схеме — это что бы не искрили разьемы при подключении переменного напряжения. Ток ограничивает терморезистор. Далее переключателем мы просто его шунтируем. Из опыта — искрение приводит к ухудшению контакта в разьеме. Плата в сборе



Пульсации на выходе при той же нагрузке упали со 120мВ до 40мВ