Преобразователь Вверх-Вниз на LM2577 & LM2596

Наконец до меня добралось интересное электронное устройство, которое с радостью представляю на обзор.
Судя по описанию продавца — преобразователь весьма универсален и способен делать из 4 — 35В напряжение 1,25 — 25В при максимальном токе до 3А с регулируемым токоограничением 0 — 3А. Казалось-бы, вот оно счастье, да не тут-то было…

Прислали преобразователь в простом пакетике

Монтаж аккуратный, флюс почти отмыт, поверхность немного грязная.




Подключение только пайкой.
Под греющимися микросхемами сделано множество переходов для улучшения теплоотвода на обратную сторону платы — это заметно улучшает переход тепла на обратную сторону и позволяет использовать там охлаждающий радиатор.

Устройство представляет собой 2 независимых последовательно включенных преобразователя напряжения.
1 ступень преобразования на базе LM2577S-ADJ — входное напряжение 4-27В повышается до 27В. Если на входе напряжение превысит 27В, напряжение проходит на 2 ступень без преобразования вплоть до максимальных 35В.
2 ступень преобразования на базе LM2596S-ADJ — напряжение 27В понижается до требуемого. Тут-же происходит регулируемое ограничение выходного тока.
Такой принцип прост в реализации, но за счёт двойного преобразования, устройство будет иметь заведомо низкий КПД.

По умолчанию, преобразователь был настроен на 4,2В 1А — явно для зарядки Li-Ion аккумуляторов.
Резистор SW1 задаёт выходное напряжение 1,25-25В
Резистор SW2 задаёт порог индикации светодиода процесса зарядки
Резистор SW3 задаёт ограничение выходного тока 0,02А — 2,9А

Уставка тока очень сильно зависит от температуры платы. В этом нет ничего удивительного, учитывая конструкцию шунта в виде печатной дорожки. Например, при начальной уставке тока 1,50А после хорошего прогрева платы остается всего 1,35А :(

Первичную проверку проводил при входных напряжениях 5В и 12,5В
Заявленные 15Вт без охлаждения не выдаёт — мгновенно перегревается. Мало того, перегревается даже на мощности 10Вт.

При входном напряжении 12,5В без перегрева преобразователь может выдать всего 5V 1A 5Вт КПД=58% T=73°С, и 12V 0,5A 6Вт КПД=67% Т=71°С, что очень грустно.
При входном напряжении 5В, ситуация ещё хуже 5V 0,8A 4Вт КПД=49% T=79°С и 12V 0,4A 4,8Вт КПД=54% Т=80°С
Во всех случаях, перегревался повышающий преобразователь. С такими характеристиками устройство является практически бесполезным и тестирование как есть было прекращено.
Чтобы устройство не выкидывать, пришлось его хоть как-то доделать на отдачу заявленных 15Вт.

Реальная схема преобразователя


Измеренная частота работы повышающего преобразователя около 50кГц
Измеренная частота работы понижающего преобразователя нестабильна и изменяется в зависимости от нагрузки от 40кГц до 160кГц вместо заявленных стабильных 150кГц. Такая работа характерна для китайских LM2596

Явные ошибки производителя:
1. Слишком малая величина индуктивности и габарита дросселя L2 (33мкГн / 2,5А) — он входит в насыщение и перегревается даже при небольшой нагрузке.
LM2577S-ADJ реально работает на частоте 50кГц, по расчёту её дроссель должен иметь индуктивность не менее 120мкГн / 3A и размер гораздо больше.
2. Перегрузка сглаживающего конденсатора 1 ступени 100мкФ/35В — его ESR аж 0,6Ом. Он должен быть не менее 220мкФ/35V с низким ESR.
3..Перегрузка диода D3 (SS34). Для выходного тока 3А он должен быть на ток не менее 4А.
4. Зелёный светодиод окончания зарядки работает некорректно — подсвечивается в любом режиме работы. Это связано с ошибочной установкой зелёного светодиода вместо синего с большим падением напряжения.
5. При установке выходного напряжения менее 1,8В, токоограничение нормально не работает и в случае КЗ очень быстро перегружается по току и выходит из строя диод D3.
6. Какая-то левая микросхема LM2596

Не буду долго утомлять Вас своими длительными экспериментами с подбором элементов, покажу только что сделал и что вышло в итоге.
1. Дроссель повышающей ступени намотал на T90-26 42 витка проводом 0,9мм получил 120мкГн 4A. Дроссель оказался с запасом, хватило-бы T80-26
2. Накопительный конденсатор повышающей ступени заменил на 470мкФ/35В — также с запасом.

3. Выходное напряжение повышающей ступени уменьшил до 23В для снижения нагрузки на дроссель понижающей ступени при выходном напряжении 12-15В. Для этого просто добавил резистор 47кОм параллельно резистору R7 (10кОм)

При этом максимальное выходное напряжение естественно уменьшилось до 22В, но мне больше и не надо.
4. Заменил диод с обозначением R5 на диодную сборку (два последовательных диода), чтобы он постоянно не подсвечивался. Как альтернатива — можно заменить зелёный светодиод синим.

5. Добавил резистор 200 Ом последовательно с подстроечником уставки выходного напряжения, чтобы им нельзя было настроить выходное напряжение менее 1,8В. Поставить резистор в SMD корпусе оказалось невозможно, поэтому запаял обычный выводной резистор, а дорожку просто порезал.


6. Установил компенсационный конденсатор 4,7нФ в цепи ОС по напряжению — это улучшило стабильность работы понижающего преобразователя. Подходит ёмкость 1-4,7нФ.
7. Приклеил на теплопроводный скотч радиатор от старого процессора для более эффективного охлаждения силовых элементов. Радиатор также немного уменьшил снижение тока уставки с прогревом платы.




Схема после переделки

Проверка при входном напряжении 12,5В
При выходном напряжении до 7В, максимальный выходной ток не должен превышать 2,5A, чтобы не спалить диод и дроссель 2 ступени. При напряжении более 7В, выходной ток ограничен тепловой мощностью рассеяния платы (около 8Вт с радиатором).
Максимальная выходная мощность реально увеличилась в разы (до 30Вт), сам не ожидал такого результата :)

Проверка при входном напряжении 5В
Результат гораздо скромнее, но всяко лучше, чем был до переделки.

Во время проверки, ни один элемент не нагрелся свыше 80°С, что допустимо для длительной работы.

Ради интереса покажу странную работу понижающего преобразователя (на диоде D3) при различных выходных напряжениях







При этом повышающий преобразователь работает стабильно и предсказуемо


Максимальная амплитуда пульсаций на выходе при максимальном выходном токе 2,5A — 200мВ.


Вывод: данный преобразователь не рекомендую к приобретению — слишком много надо переделывать для его более-менее нормальной работы.
Связываться с китайскими LM2596 больше не стану.