Понижающий модуль DPS8005 или строим лабораторный блок питания. Часть первая

Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, о компактном понижающем преобразователе DPS8005, предназначенным для постройки лабораторного источника питания. Отличительными особенностями данного модуля являются компактные размеры, большой диапазон входного напряжения, отличная точность измерения и установки параметров, а также наличие банков памяти для сохранения текущих настроек. Приборчик очень интересный, поэтому кто заинтересовался, милости прошу под кат.

Оглавление:

— Общий вид и краткие ТТХ
— Упаковка и комплектация
— Внешний вид
— Габариты
— Разборка
— Управление
— Подключение к компьютеру
— Тестирование
— Подсчет КПД
— Ссылки на другие изделия

Общий вид модуля DPS8005:

Краткие ТТХ:

— Производитель — Ruideng Technologies
— Наименование модели — DPS8005
— Тип прибора – понижающий (Step-Down) преобразователь
— Материал корпуса – пластик
— Диапазон входного напряжения – 10V-90V
— Диапазон выходного напряжения – 0,00V-80,00V
— Точность установки (разрешение) выходного напряжения – 0,01V
— Точность измерения напряжения: ±0.5% (2 цифры)
— Выходной ток – 0-5,100А
— Точность установки (разрешение) выходного тока – 0,001А
— Точность измерения тока: ±0.8% (3 цифры)
— Выходная мощность – 0-408W
— Дисплей – цветной 1,44”
— Количество банков памяти – 10
— Соединение с ПК – проводное (USB) и беспроводное (BT)
— Размеры – 79мм*54мм*43мм
— Вес — 150г

Комплектация:

— Step-Down модуль DPS8005
— модуль беспроводной связи с ПК (BT)
— модуль проводной связи с ПК (USB)

Step-Down модуль DPS8005 поставляется в простенькой пенопластовой коробочке, заметно превышающей габариты самого модуля:

В этом есть большой плюс, поскольку при ударах или смятии, шанс сохранности изделия заметно возрастает. К тому же, внутри коробочки имеется специальный вкладыш из вспененного полиэтилена, внутри которого и находятся детали:

С такой бережной упаковкой о сохранности можно не беспокоиться:

Помимо самих модулей, в комплекте находится подробная инструкция на английском и китайском языках:

Хотелось бы отметить, что при покупке можно выбрать любой из трех вариантов комплектации:

Я рекомендую присмотреться именно к максимальной комплектации, поскольку она позволяет управлять понижающим модулем по беспроводному Bluetooth соединению. Экономия в пару долларов от базовой комплектации (только модуль DPS8005) не стоит того.

Внешний вид:

Понижающий модуль DPS8005 выглядит неброско. На передней панели присутствуют лишь четыре кнопки управления, регулятор и дисплей:

Пластиковый корпус модуля имеет выступающие борта и упоры для установки в различные корпуса:

Хотелось бы отметить, что в ассортименте магазина RD (Ruideng Technologies) присутствуют несколько DIY корпусов, поэтому в некоторых случаях можно остановиться на них (ссылки в конце обзора):

Расположение элементов достаточно плотное, нареканий к монтажу нет (пайка хорошая, флюс смыт, компоненты взяты с хорошим запасом). Для подключения присутствует 4-х контактная колодка:

Электронные компоненты несколько выступают за пределы корпуса, но это не критично:

Модуль беспроводной связи достаточно компактный и не займет много места в будущем корпусе:

В основе работы лежит контроллер BK3231 (Bluetooth 2.1):

Модуль проводной связи аналогичен по размерам. Для подключения используется наиболее популярный разъем microUSB:

В основе работы лежит микросхема CH340G – преобразователь интерфейса USB в UART (мост USB-UART). К сожалению, подключить два модуля связи одновременно нельзя, поскольку выход в понижающем модуле DPS8005 всего один. К тому же соединительный шлейф тоже один:

Несмотря на все это, я планирую на будущем блоке питания сделать переключатель для выбора проводной или беспроводной передачи данных. Об этом, возможно, расскажу во второй части.

Габариты:

Размеры понижающего модуля DPS8005 небольшие, всего 79мм*54мм*43мм:

По традиции сравнение с тысячной купюрой и коробком спичек:

Вес модуля почти 105г:

Разборка модуля:

В случае необходимости разборки, необходимо отогнуть четыре защелки с торцов корпуса и вытолкнуть всю электронику:

По элементной базе следующее: силовой мосфет HY18P10, рассчитанный на 100V/80A, сдвоенный диод Шоттки на 100V/40A, токовый шунт, дроссель в виде кольца и электролиты на 100V. Силовой мосфет посажен через термопрокладку на общий радиатор:

Как можно заметить по фото, вся электроника монтирована на трех двусторонних платах:

Габаритные элементы выведены с края:

На обзоре версия платы 1.1, наименование модуля – DPS8005. Колодка подключения модулей связи расположена не очень удачно, поэтому придется воспользоваться тонкой отверткой, дабы подключить какой-либо модуль связи:

В качестве регулятора применен энкодер:


Управление:

По подключению все банально и просто — два входа и два выхода:

Для нормальной работы желателен качественный сетевой источник питания (БП), который подключается к гнездам «IN+» и «IN-». Потребители подключаются, соответственно, к гнездам «OUT-» и «OUT+». Если в наличие имеется какой-либо модуль связи, то его необходимо подключить к соответствующему разъему (отвертка в помощь). В ассортименте магазина есть повышающе-понижающие модули с дополнительной платой, там подключение чуть сложнее. Для обозреваемого модуля DPS8005 необходимо помнить лишь об одном ограничении – минимальная разница между входным и выходным напряжением составляет 1V.

Управление у большинства этих моделей одинаковое:

1) кнопка M1 – установка выходного напряжения, перемещение в меню вверх, ярлык для групп предустановок М1
2) кнопка SET — переключение основного меню и меню настроек. При удержании кнопки заносятся параметры в память
3) кнопка M2 – установка ограничения выходного тока, перемещение в меню вниз, ярлык для групп предустановок М2
4) многофункциональный дисплей – вывод информации о текущих параметрах
5) энкодер-кнопка – установка нужного значения параметра (больше/меньше), пролистывание меню, перемещение по ячейкам (регистрам) при нажатии
6) ON/OFF — включение-выключение выходного напряжения

Основное (вверху) и дополнительное (внизу) меню дисплея:

Элементы основного меню:
1,2) текущая предустановка вольт/ампер
3,4,5) текущие показания напряжения, тока и мощности
6) входное напряжение с внешнего источника питания
7) индикатор блокировки настроек параметров
8) значок «нормального» режима
9) индикация режима CV (стабилизация напряжения) или CC (ограничение по току)
10) индикация банка памяти (М0-М9)
11) индикация включения/выключения выходного напряжения

Элементы дополнительного меню предустановок:
12) установка выходного напряжения
13) установка выходного тока
14) установка предельного напряжения
15) установка предельного тока
16) установка предельной мощности
17) установка уровня яркости дисплея (6 уровней яркости)
18) индикация занесения настроек в банк памяти
19) текущие показания напряжения и тока

Итого, управление достаточно простое. При подключении к компьютеру, кнопки на модуле блокируются. Из минусов можно отметить лишь не слишком удачное расположение кнопки питания, а в основном все просто и удобно.

Подключение к компьютеру:

Для подключения к компьютеру необходимо подключить нужный модуль связи (BT или USB) к основному модулю DPS8005 посредством комплектного шлейфа. В случае проводного соединения, необходимо с помощью интерфейсного USB -> microUSB кабеля (с интерфейсными DATA питами) подключить модуль к USB разъему компьютера. После установки драйверов в системе должен появиться виртуальный COM порт:

Далее запускаем приложение DPS8005, выбираем нужный COM порт и жмем «Connect»:

Управление с модуля при этом блокируется, показания передаются программе:

Функционал программы хороший.

Тестирование:

Для тестирования и сравнения результатов я буду использовать простенький стенд из регулируемого БП Gophert CPS-3010 с крокодилами и True-RMS мультиметра UNI-T UT61E:

Минимальное входное напряжение составляет 8,7V, при заявленных 10V:

При дальнейшем снижении модуль просто выключается. Я не располагаю в данный момент источником питания с напряжением выше 32V, поэтому измерить максимальное рабочее напряжение не могу. В тестах максимум будет 32V:

Очень удобной является кнопка ON/OFF, позволяющая отключать выход модуля от нагрузки:

Теперь проверим погрешность модуля, сравнив показания с весьма точным мультиметром UT61E. При установке на выходе 1V напряжение составило 1,0085V:

Напомню, что заявленная точность модуля – 0,5%, что при напряжении 1,0085V составляет ± 0,005V. К сожалению, разрешение модуля составляет два знака после запятой («сотки»), но в погрешность все равно вписывается.
Далее установим ровно 5V (верхняя строка SET). Прибор показывает 4,99V, а мультиметр – 5,003V:

В заявленную точность вписывается. Данная модель позволяет устанавливать сотые доли вольта, поэтому для примера установим 5,55V. В итоге получаем 5,54V на модуле и 5,548V на мультиметре:

При установке 20V, картина аналогичная. На приборе 19,99V, а на мультиметре 19,997V:

Как я уже упоминал ранее, для работы Step-Down (понижающего) модуля необходима разность, которая в данном случае составляет 1V. Для моего случая максимальное напряжение на выходе модуля составляет не более 31V:

Далее на очереди замеры показаний тока. Для этого в ход пустим электронную нагрузку Juwei с максимальным током потребления 3,5А. Напомню, производитель заявляет установку до тысячных долей ампера и погрешность в 0,8%. Начнем с малых токов, например, 0,05А:

Как видим, показания расходятся на одну тысячную долю ампера, что полностью соответствует заявленным параметрам и даже намного больше.
Поднимем ток с помощью нагрузки до половины ампера и как итог – опять расхождение с мультиметром в одну тысячную долю ампера:

Следом замер на более серьезном токе в 2А:

Показания на модуле 2,001А, а на мультиметре – 2,002А. При заявленной точности в 0,8%, расхождение может составлять ± 0,016А, у нас же расхождение в 0,001А, что просто отлично.
При 3А расхождение составило 0,003А, что в 8 раз меньше заявленной погрешности:

Поскольку максимальный ток для электронной нагрузки составляет 3,5А, то в дело вступили обычные нагрузочные резисторы. При токе, большем 5,1А, модуль автоматически переходит в режим ограничения тока, при этом индикатор меняется с «CV» на «CC»:

Аналогичное поведение будет, если ограничить выходной ток на любом значении. Это очень полезная функция, с помощью которой можно запитывать светодиодные лампы, заряжать аккумуляторы, поэтому пренебрегать ей не стоит.
При 5А на выходе, точность также соответствует заявленной (расхождение в 0,003А):

Поскольку силовые элементы установлены с большим запасом, то нагрева при небольшой выходной мощности в 40W (8V/5A) практически нет. Тесты на полную мощность, возможно, будут во второй части, поскольку в данный момент я не располагаю источником питания с высоким выходным напряжением.
Пульсации при питании от регулируемого БП Gophert CPS-3010 на нагрузке 1А и 3,5А:

Амплитуда пульсаций небольшая: при 1А до 35mV (от пика до пика 72mV) и до 60mV (пик 120mV) при 3,5А.
Итого, модуль показал хорошую точность. Хотелось бы иметь разрешение вольтметра в три знака после запятой, но увы, скорее всего это будет реализовано в следующих моделях.

Подсчет КПД модуля:

Поскольку данный модуль – по сути преобразователь, то при его работе всегда будут потери. Расчет будет произведен при небольшом и максимальном для моего стенда напряжении в 10V и 32V.
Первым на очереди вариант с использованием блока питания с высоким выходным напряжением (32V):

— входное напряжение – 32V
— входной ток – 0,2А
— напряжение на выходе – 5V
— ток на выходе – 1А
— мощность на выходе (по показаниям модуля) – 5W

Мощность P1=32*0,2=6,4W
Мощность P2=5*1=5W (в дальнейшем буду брать по показаниям модуля)
КПД= P2/ P1=0,78, то бишь 78% при амперной нагрузке.
Здесь необходимо учитывать погрешность приборов, а также потери в соединительных проводах и клеммах, ибо при токе 1А они немаленькие. Без учета потерь можно рассчитывать в среднем на КПД 80-85%.

Далее аналогичный вариант, но при токе нагрузки в 3А:

— входное напряжение – 32V
— входной ток – 0,55А
— мощность на выходе (по показаниям модуля) – 15W

Мощность P1=32*0,55=17,6 W
Мощность P2=15W
КПД= P2/ P1=0,85, то бишь 85% при трехамперной нагрузке.
По идее, чем выше ток, тем выше потери и тем меньше общий КПД преобразователя.

Вариант с входным напряжением 10V и нагрузкой 1А:

— входное напряжение – 10V
— входной ток – 0,57А
— мощность на выходе (по показаниям модуля) – 5W

Мощность P1=10*0,57=5,7W
Мощность P2=5W
КПД= P2/ P1=0,87, то бишь 87% при нагрузке в 1А

Вариант с входным напряжением 10V и нагрузкой 3А:

— входное напряжение – 10V
— входной ток – 1,68А
— мощность на выходе (по показаниям модуля) – 15W

Мощность P1=10*1,68=16,8W
Мощность P2=15W
КПД= P2/ P1=0,89, то бишь 89% при трехамперной нагрузке.

Ссылки на некоторые другие изделия Ruideng Technologies:

Темный DIY корпус:

Светлый DIY корпус:

Высокий DIY корпус:

USB тестер RD UM25C/UM25 с логированием показаний:

Генератор сигналов JDS6600:

Итого, понижающий модуль показал себя с хорошей стороны. Он компактный, удобный в работе. Может использоваться от любого сетевого адаптера (к примеру, БП ноутбука), превратив его в полноценный лабораторный источник питания. Я же планирую установить данный модуль в компьютерный БП, несколько доработав его для увеличения напряжения. Пока из кандидатов вот этот претендент:

Что из этого получится, смотрите во второй части…