USB buck-boost регулируемый блок питания 1-24В 3Вт и его недостатки

Обзор портативного свистка — USB блока питания с питанием от USB 5В и выходом 1-24В мощностью до 3Вт. Включение, замеры, проверка защит, осциллограммы, вскрытие, недостатки.

Сразу скажу: не рекомендую, сабж испытаний не пережил.

Последнее время вся электроника уменьшается, все становится компактным и портативным. А эту компактную и портативную электронику нужно от чего-то питать. Первый универсальный вариант USB с 5В, везде сейчас полно USB зарядок (т.е. 5В блоков питания), повербанков и различной электроники с USB портами. Второй вариант, который понравился мне USB с Quick Charge, с помощью которого могу самодельными триггерами получить 12В. Для третьего вариант решил посмотреть в сторону регулируемых USB свистков — блоков питания. На самом деле, купил его ради интереса, посмотреть, как устроен, что бы взять идеи на вооружение, ну и может пригодится.

На рынке, и в обзорах уже на данной площадке, есть большое разнообразие подобных портативных БП, построенных по технологии buck-boost, т.е. SEPIC или более продвинутых вариантах. Есть с разными элементами управления: переменные резисторы на напряжение и ток, кнопками, энкодерами. Во время августовской распродаже на глаза попался вариант с 2-мя кнопками, с подстрочными резисторами показались простыми.
Данный сабж покупал довеском к другим товарам у одного продавца, т.е. сэкономил на общей доставке. Покупал в первую очередь, ради интереса, интерес представляло цифровое управление и общее устройство.

Информация о продукте:

• Модель XY-SIPA-Z
• Режим работы — выход напряжения, защита по току (не ограничение тока)
• Входное напряжение 5В: от 3.3В до 12В
• Выходное напряжение от 1.0В до 24В (по факту до 24.9В)
• Регулировка напряжение с помощью кнопок
• Возможность выключения выхода
• Калибровка
• При выходном напряжении от 1В до 2В мощность до 2Вт, от 2В до 24В мощность до 3Вт
• Защита от низкого выходного напряжения (LVP), когда будет на выходе меньше 0.8В
• Защита от превышения тока и короткого замыкания (OCP) максимум 2А
• Защита от превышения мощности (OPP)
• Память установленного режима после выключения

Внешний вид

Посылка пришла хорошо упакованная в плотную коробку из пенопласта, которая убережет содержимое от превратностей доставки.

Внутри свисток упакован в свою небольшую пластиковую коробочку с информацией о продукте и ссылкой на сайт.

Материал коробка нормальный, петли перегибные, защелка простенькая, держит слабо. Тем не менее коробок приятный.

Бумажка с одной стороны на китайском языке, со второй на английском.

Фото модуля

Модуль блока питания находится в синем прозрачном пластиковом корпусе, склеенным суперклеем из 2-х половинок.


Шов склейки с одной стороны неаккуратный, клей просочился наружу.

На корпусе присутствую четкие отпечатки пальцев сборщика, оставленные на торце с помощью суперклея. Пары суперклея просочились внутрь свистка и осели на компоненты в виде белого налёта.

Плата блока питания. Плата в белом налете: это или плохо смытый флюс и/или осевшие пары от суперклея. Флюс в местах пайки выводов выводных компонентов не смыт.

Для распознавания микросхем белый налёт был с них стерт спиртом.

Линейный стабилизатор на 3.3В в SOT223 корпусе M5333B. Операционный усилитель LM358 в SO8, Step-Up стабилизатор b6289h в роли SEPIC в SOT23-6 корпусе, диод SS34 на 3А 40В в необычайно компактном исполнении — SMA корпусе.

С нижней стороны контроллер N76E003AT20 в TSSOP20 корпусе и резистор 2512 на 50мОм в роли шунта.

Управление

Модуль управляется 2-мя кнопками: сверху +, снизу -.
Изначально модуль выключен, на верхнем дисплее горит ранее установленное напряжение, на нижнем горит OFF.
Включение/Выключение выхода производится кратковременным нажатием на любую кнопку. После чего на индикаторе тока загорается On на 2-3 секунды или постоянно горит OFF в зависимости от состояния выхода.

Для начала регулировки выходного напряжения нужно нажать обе кнопки и удерживать примерно 2 секунды. Если выход выключен, то настройка напряжения будет недоступна. После входа в режим установки напряжение индикатор напряжения начнёт мигать. Теперь обеими кнопками можно выставить напряжение. Если нечего не делать, то спустя 3 секунды индикатор перестанет мигать. Кратковременное нажатие производит регулировку на 0.1В, если удерживать, напряжение будет плавно изменяться, примерно на 1В/секунду. Но постоянное мигание затрудняет комфортную регулировку.

Свисток запоминает установленное напряжение и состояние выхода. После отключения от USB и последующего включения настройки не сбрасываются.

Если во время включения 5 секунд удерживать обе кнопки зажатыми на обоих дисплеях ненадолго загорятся все восьмерки 8.8.8. — режим калибровки.
В режиме калибровки на верхнем дисплее будет мигать последнее выставленное напряжение. Подключаем мультиметр, замеряем напряжение и если оно отличатся — кнопками можем его подрегулировать. Если зажать две кнопки начнёт мигать индикатор тока, если ток отличается от измеренного — кнопками можно его подрегулировать. Если снова зажать две кнопки, начнётся снова калибровка напряжения.

Измерения

Собираю небольшой стенд.

Питание от линейного блока питания. Измерение напряжения и тока — мультиметр UT61E. Самодельная электронная нагрузка, индикатор на ней не калиброван, основные измерения мультиметром. Измерение входных значение напряжения, тока и мощности USB измерителем (который пока правда сам не проверен). И осциллограф с пирометром за кадром.

Перед замерами блок питания (свисток) не калибровался.

Напряжение

Напряжение измеряется мультиметром с выходного клеммника свистка.

U уст, В	U дисплей, В	Uзамер, В I=0мА	Uзамер, В I=100 мА	Uзамер, В I=250 мА	Uзамер, В I=500 мА	Uзамер, В I=950 мА	Uзамер, В I=1990 мА
1	1.1	1.07	1.06	1.05	1.04	1.01	0.95
3.3	3.3	3.36	3.35	3.34	3.32	3.294	—
5	5	5.08	5.07	5.06	5.04	—	—
12	11.9-12.0	11.98	11.96	11.95	—	—	—
18	18	18.03	18.02	—	—	—	—
24	24	24.05	24.03	—	—	—	—
24.9	24.9	24.95	24.93	—	—	—	—

Ток

Напряжение 5В

I дисплей, мА	I мультиметр, мА
0	0
109	111
500	502
583	587

Напряжение 1В

I дисплей, мА	I мультиметр, мА
0	6
111	111
504	501
937	938
1.02	1024
1.50	1505
1.70	1700

Точность измерений портативного блока питания — хорошая.

КПД

Uвх, В	Iвх, А	Uвых, В	Iвых, мА	Pвх, Вт	Pвых, Вт	КПД
5.01	0.26	5.0	200	1.24	1	75
5.01	0.84	5.0	599	4.22	3	71
5.07	0.21	1.0	602	1.18	0.6	51
4.98	1.11	1.0	1950	5.64	1.95	34.6
5.03	0.34	12.1	102	1.73	1.23	71
5.02	0.63	12.1	196	3.17	2.37	75
5.03	0.38	24.0	50	1.96	1.2	61
5.00	0.72	24.0	100	3.63	2.4	66.5

КПД низкий.

Нагрев

Нагрев измерялся пирометром. Блок питания был в своём корпусе.

Uвых, В	Iвых, мА	t, мин	T грС
12.1	200	60	38
5	505	50	40.5
5	599	+30	50
1	1500	11	75, 98 плата
24	103	30	46, 56 плата

Замеры изначально производились до вскрытия корпуса, завершающие 2 замера производил уже после вскрытия. Нагрев идёт в области индуктивностей и конденсатора, разделяющего вход с выходом.

Пульсации

Uвых, В	Iвых, мА	Uпул, мВ	%
1.0	0	28.8	2.88
1.0	503	74.4	7.44
1.0	1870	240	24.00
3.3	110	44	1.33
3.3	501	98	2.97
3.3	934	168	5.09
5	109	48	0.96
5	584	136	2.72
12	0	32	0.27
11.9	102	68	0.57
11.9	262	106	0.89
24.9	100	102	0.41

5В 109мА, пульсации 48мВ

3.3В 934мА, пульсации 168мВ

1В 1870мА, пульсации 240мВ

Чем больше напряжение, тем меньше максимальный возможный выдаваемый ток и меньше пульсации. На низких напряжения пульсации сильнее и более существенные. При токах меньше 500мА и напряжении выше 3В соотношение выходного напряжения и пульсаций менее 3%, что нормально для импульсного преобразователя и питаемой цифровой техники. Но для комфортной работы и чувствительной электроники многовато. На низких напряжения пульсации могут достигать 5%, 168мВ при 3.3В. На токах более ампера пульсации очень большие: 24%, т.е. 240мВ при 1 выходном вольте.

При напряжении меньше 11В появляется ещё и низкочастотная составляющая.

1.1В 0мА, низкочастотная составляющая

Защиты

Защита по превышению мощности и тока отрабатывают. Свисток перегрузку и КЗ на выходном напряжение 1, 5, 12, 24.9В пережил.

Но пару раз во время подключения к USB с включенной нагрузкой срабатывала защита внешнего лабораторного питания выставленная на ~1.5А. Подключать к другому более мощному лабораторному БП не стал, пожалел. Если в будущем при подобном обстоятельстве сгорит — дополню.

Переходные процессы

Когда выход стабилизатора выключен на выходе присутствует около 100мВ постоянного напряжения с пульсацией 34мВ.

Если включать и выключать выход стабилизатор кнопками, то все проходит нормально. Всплесков невидно, нарастание и спад напряжения около 40-50мс, без нагрузки спад возможен 400мс.

Но самое веселое происходит, во время подключения свистка к USB порту какого-либо внешнего источника питания. Без разницы, включен или выключен выход — на выходе возникает всплеск, амплитудой превышающие установленное входное значение.
Выходное напряжение 12В, нагрузка отключена, во время подключения к USB всплеск в 21В.

Самое веселое с такой особенностью можно наблюдать на минимальном выходном напряжение. Выходное напряжение 1В, подключена нагрузка 110мА, выход включен. В момент подключения к USB всплеск до 17В, т.е. который превышает в 17 раз установленное значение. Фильтры на входе потребителя должны его спасти, если они есть, но не каждому может это понравится.

Вывод, подключать чувствительную нагрузку к этому свистку можно только после его подключения к USB.

Ещё замеченные глюки

Во время попытки запитать от повербанка мало потребляющею свою приблуду, повербанк отключался спустя 3 сек после подключения. Доставать другой источник питания было лень. На 3-4 попытке стабилизатор «защёлкнулся». На выходе 0В (была ли ранее замеченная составляющая не обратил внимания), на дисплее 00.1В 094мА и отсутствие реакции на кнопки. Подключение-отключение не помогает. После этого его вскрыл для изучения внутреннего мира и добавил фотографий в статью. Позже подключил в режиме калибровки, настройки сбросились на заводские 12В, ожил.

Итог

Компактный настраиваемый USB блок питания питающейся от другого USB блока питания или повербанка. Малая выходная мощность 2.3-3Вт. Работает. Точно показывает выходной ток и напряжения. Большие пульсации, присущие импульсным стабилизаторам, на низком напряжение и большом выходном токе. Низкий КПД. И хороший бодрящий всплеск во время подключения к источнику внешнего питания, который может сжечь чувствительного потребителя.
Не рекомендую.

P.S. на следующий день после испытаний «блок питания» не запустился, ушел в КЗ; сгорела микросхема b6289h. Скорее всего зажарилась во время испытания 1В, 1.5А. Если под руку подвернется замена или донор — починю.