Повышающий преобразователь MT3608. Исследование эффективности и переделка в светодиодный драйвер.

Здесь уже было несколько обзоров на данный преобразователь. Я постараюсь поподробнее исследовать его эффективность в режиме работы от литиевого аккумулятора. Также будет доработка до регулируемого источника тока для установки в кемпинговую лампу с заменой свинцового аккумулятора на литиевый. В обзоре будет много рисунков, фотографий, формул и графиков, а ещё расчленёнка и небольшой DIY-бонус.



Почитав обзоры на повышающий преобразователь MT3608 (раз, два) решил заказать себе такой для экспериментов. Основные особенности преобразователя уже описаны в этих обзорах, поэтому я не буду повторяться.
Вспомнив о нескольких устройствах валяющихся дома и ожидающих ремонта системы питания, взял с запасом сразу 10 преобразователей (как потом оказалось, не зря). У того же продавца набрал ещё немного всякой мелочёвки, чтобы лишний раз на почту не бегать. Пришёл весь комплект примерно через месяц в стандартном жёлтом пакете с «пупыркой». Все преобразователи упакованы в индивидуальные антистатические пакеты.

Сразу все проверил, чтобы отписаться в отзыве продавцу, если что не так. Все оказались рабочими, только один я сам сжёг во время проверки. В полученных экземплярах выходное напряжение регулировалось во всём диапазоне работы подстроечного резистора (в отличие от плат из более ранних обзоров). Лазил по плате и щупами тестера случайно замкнул обратную связь на землю (2 и 3 выводы МС). Мгновенно получил плату с КЗ по входу и «мёртвой» микросхемой :(
Объяснение отличий в поведении схемы нашёл, когда при доработке снял подстроечный резистор. Разводка платы отличалась от той, которая бозревалась раньше (на фотографии для сравнения показана плата из обзора mysku.club/blog/aliexpress/37152.html, автор ksiman). Теперь выводы резистора, которые в комментариях к обзорам рекомендовалось соединять самостоятельно, соединены дорожками. Других отличий в схеме нет. Выходной конденсатор всё так же расположен где-то в ж… в удалении от выхода. Значит китайцы не читали муську, а просто сделали универсальный вариант платы с возможностью установки постоянного резистора (свободное место присутствует) вместо подстроечного для варианта с фиксированным выходным напряжением.


Основной целью исследований была оценка эффективности работы преобразователя при различных выходных напряжениях и токах. Был собран небольшой проверочный стенд из одного произвольно выбранного преобразователя, лабораторного блока питания, имитирующего литиевый аккумулятор, двух тестеров (контроль напряжения и тока на выходе преобразователя) и электронной нагрузки.

На данном этапе я ещё не менял расположение выходного конденсатора, поэтому для сглаживания пульсаций выходного напряжения добавил электролит на 2200 мкФ. После этого показания вольтметра перестали скакать. Ещё добавил термопару на саму микросхему MT3608, но это оказалось лишним. Я не ставил целью проводить стресс-тест преобразователя или доводить его до перегрева, поэтому прекращал повышение выходного тока, когда начиналось резкое падение выходного напряжения. При этом температура микросхемы немного превышала 60 градусов, дроссель и диод грелись ещё меньше.

Эффективность преобразователя оценивалась при четырёх значениях входного напряжения:
— 2,5 В, типовой порог срабатывания защиты литиевых аккумуляторов (DW01 и т.п.),
— 3,0 В, минимальное безопасное напряжение разряда,
— 3,6 В, номинальное напряжение (наихудший вариант),
— 4,2 В, максимальное безопасное напряжение на аккумуляторе.
Забегая вперёд скажу, что я использовал в данной работе аккумуляторы без маркировки, поэтому и ориентировался на типовые значения. Для идентифицированных банок, естественно, посмотрел бы в даташите.
Выходные напряжения выбирались в диапазоне от 5 В (на случай, если захочется сделать на этом преобразователе повербанк) до 13 В (максимальное напряжение на моей модели нагрузки и соединение плат светодиодов по схеме 4Р, вот такое совпадение). Выходной ток регулировался от 100 мА до момента «завала» выходного напряжения. Графики получились не такими гладкими, как я ожидал, но на большую статистику с усреднением у меня бы уже терпения не хватило. Так что извиняйте.




На данном этапе уже можно сделать промежуточные выводы:
— эффективность преобразователя увеличивается при увеличении входного напряжения, но это ничего не даёт, т.к. оно определяется аккумулятором и не регулируется,
— эффективность уменьшается при увеличении выходного напряжения, в моём случае последовательное соединение плат со светодиодами получается чуть менее эффективным,
— наибольшая эффективность достигается при выходном токе 200…300 мА, опять же преимущества у схемы 2S2P.
Первый пункт можно было просто посмотреть в документации на MT3608
, но остальные дали повод для предварительного выбора менее «правильной» схемы 2S2P.
Ещё явно отметил, что выходное напряжение начинает уменьшаться, а температура повышаться, когда входной ток превышает 2 А. В лампе токи будут меньше, но в дальнейшем именно это значение (ну максимум 2,5 А) буду считать предельным для MT3608 без дополнительного охлаждения и при сохранении приличной эффективности. Раз уж у меня в наличии девять преобразователей, решил проверить разброс параметров. Полный повтор всех режимов полностью отбил бы у меня желание доводить работу до конца, поэтому воспроизвёл только самый интересный. Входное напряжение 3,6 В, выходное 5 В. Оценим, насколько хороши эти преобразователи для самодельных ПБ.



Красным цветом выделен преобразователь, участвовавший в предшествующих тестах. Видно, что больше ампера с преобразователей не снять (на разряженном аккумуляторе всё будет ещё хуже). Два экземпляра уже при 1,4 А ушли ниже 4,75 В (минимально допустимое значение для USB). На свежезаряженном литии можно будет и полтора ампера вытянуть, но во всём рабочем диапазоне 1А это предел для MT3608.