Регулируемый преобразователь напряжения WZ5005, неужели альтернатива преобразователям DPS?

Благодаря одному из моих постоянных читателей ко мне в руки попал преобразователь напряжения WZ5005. Не сказал бы что он выделяется чем-то особенным, но вполне мог бы быть альтернативой популярным моделям DPS от RuiDeng, впрочем подробнее в обзоре.



Преобразователь попал ко мне в руки не сам по себе, а в комплекте с блоком питания Meanwell 48 вольт 350Вт, который покупался для совместной работы именно с этим преобразователем. Но о блоке питания я расскажу в другой раз, так как сегодня пойдет речь только о преобразователе, хотя в процессе придется упомянуть и о нем.

Упаковка преобразователя чем-то напоминает упаковку популярных преобразователей серии RD60хх.


Преобразователь обычно продается в четырех вариантах комплектации:
1. Преобразователь + провода
2. Преобразователь + провода + модуль UART — USB
3. Преобразователь + провода + модуль RS485
3. Преобразователь + провода + модуль WiFi

Диапазон цен на Али обычно от 25-26 за минимальную комплектацию и до 30-31 за версию с WiFi или RS485 модулем.

У меня самый простой вариант, только преобразователь и провода для подключения нагрузки


Полные характеристики преобразователя, также можно скачать ПО и инструкцию по ссылке.

Видно что он очень похож на модель DPS5005, но при этом заметно больше габаритами.


Комплектные провода имеют длину около метра, с одной стороны «бананы», с другой «крокодилы», сечение не указано, но на проводе написано 29х0.15, что предположительно означает 29 жил по 0.15мм.кв.
Запаяно нормально, да и крокодилы неплохие, для оценки сечение измерил сопротивление проводов, благо как раз длина удобная. Получилось 35мОм на метр, что эквивалентно проводу сечением 0.5мм.кв, значит 0.15 в обозначении не сечение, а диаметр жил.
Провода мягкие, но сечение хотелось бы побольше.


В комплекте даже не дали инструкции или какой нибудь брошюрки, потому переходим к преобразователю.


Конструкция корпуса предполагает установку на панель, аналогичная конструкция и у преобразователей RD60хх


Размеры:
длина и ширина внешняя — 120х74мм
длина и ширина установочная — 116х70мм
глубина по корпусу — 35мм
глубина полная — 65мм


Ключевые отличия от DPS/DPH — дисплей 1.8 дюйма против 1.44, гораздо больше органов управления и кнопки куда как удобнее.

В верхней части передней панели дисплей, справа кнопки установки напряжения, тока, порогов защиты и подачи напряжения на выход.
Посередине «джойстик», перемещение курсора вверх/вниз и влево/вправо, а также кнопка ОК, также на эти кнопки назначены и ячейки памяти. Правее энкодер с кнопкой, по нажатию входим в меню.
Ниже пара клемм для подключения нагрузки и кнопка включения самого преобразователя.

Дисплей сильно утоплен в корпусе, но больше бросился в глаза дизайн обрамления, создается ощущение, что это экран телевизора КВН-49.


Внутри также есть заметное сходство с RD60xx, конструкция состоит из двух плат, силовой и управления.


1. На нижней плате есть два разъема для подключения модулей USB/WiFi/RS485, также ниже есть контактные площадки с разведенными линиями VCC/GND/SWDIO/SWCLK.
2. Фильтра помех по входу нет, но также как у RD60хх есть предохранитель, конденсатор и защита от переполюсовки.
3. Два входных преобразователя напряжения, основной выполнен на XL7015 со входным напряжением до 80 вольт, что при указанном питании 55 вольт выглядит очень даже с запасом.
4. Пара силовых элементов накрыта радиатором, слева относительно небольшой дроссель.


Принцип подключения модулей для соединения с ПК выглядит таким же как у RD60xx, разница лишь в том, что здесь для WiFi используется один разъем, а для остальных интерфейсов, другой, но при этом есть особенность, модель UART-USB имеет планку для установки на переднюю панель и похоже разъем USB-C.


ШИМ контроллер и его обвязка.
К сожалению распознать что за контроллер применен, я не смог, перебрал известные мне, но почти у всех земля была на 12 выводе, а здесь на 11, при этом на землю идут выводы 3 и 5.


1. Три операционных усилителя, стабилизатор напряжения и транзистор, который скорее всего стоит в цепи генератора тока параллельно выходу. У левого верхнего ОУ виднеется конденсатор, который явно паяли уже потом, кроме того отмечу неудачное место для стабилизатора напряжения, как раз напротив защелки.
2. По выходу пара шунтов по 25мОм соединенных параллельно, предохранитель на 15А и опять следы пайки, также капли припоя присутствуют на плате и даже на одном из электролитических конденсаторов.
3, 4. По входу и выходу стоят конденсаторы 330мкФ 63 вольта производства Gemcon, один по входу и три по выходу, при этом пара стоит до шунта и один после.


Верхняя плата снималась уже после всех тестов чтобы не нарушать корректность тестирования. Механизм уже известен, выпаиваем силовые клеммы, вынимаем их и потом достаем плату.


Снизу у верхней платы пусто, только разъем соединения с платой управления


В принципе уже во время снятия осциллограмм я знал что внутри синхронный выпрямитель, это было видно по характеру пульсаций на выходе, но вот что там стоят спаренные транзисторы, немного удивило. Также удивило еще и то, что пасты там реально «кот наплакал», пришлось потом нанести привычную КПТ8.
Установлены четыре N-канальных транзистора RU7570L имеющих максимальное напряжение в 70 вольт и сопротивление 9мОм.

Также под радиатором установлен и термодатчик.


На плате управления компонентов не очень много, пара стабилизаторов, EEPROM 24C02 и микроконтроллер STM32F103.
Отчасти компонентов мало еще и потому, что здесь USB модуль идет отдельно, соответственно нет ни гальванической развязки ни конвертера.


Модуль реально очень похож на RD60хх, я бы даже сказал что выглядит как младший брат, даже у энкодера такая же ручка и такие же точечки около неё.


Корпус также похоже делался по тому же принципу, как и платы внутри. Не удивлюсь что его разрабатывали те же люди, что и сделали RD60хх.


Для первых проб использовался тот же Минвелл, что был показан вначале, но напряжение было поднято до рекомендованных 55 вольт. Изначально преобразователь включился с активированным выходом, но возможно так установил человек, который мне его прислал.
Даже кнопка включения реализована как у RD60хх, пока преобразователь в дежурном режиме, она плавно меняет яркость свечения от 0 до 100%.


1, 2. При включении выводится логотип и потом преобразователь переходит в рабочий режим.
3. Изначально меню на китайском, но в принципе несложно найти где переключается язык.
4. Вариантов языка два, китайский и английский
5, 6. Кроме обычного варианта отображения есть и опция вывода показания в виде графика. Но здесь производитель захотел отличится и сделал движение «осциллограммы» не справа налево, а слева направо, что сразу бросается в глаза.
7. Сразу выключил противную пищалку, подтверждающую каждый клик и автовключение. Впрочем короткий писк при включении остался.
8. Здесь же находится выбор режима связи, проводной или WiFi, а также задается скорость общения и адрес.
9. Регулировка яркости 7 уровней от 0 до 6, при этом подсветка довольно яркая и изображение неплохо видно даже при минимальной установке.


Регулировки реализованы по обычному принципу, при нажатии на соответствующую кнопку переходим в режим установки минимальной дискреты, перемещая дискрету установки, можем настроить значение. Но есть нюансы, кнопки включения находятся вверху справа, а перемещения влево/вправо расположены внизу слева, в итоге немного неудобно, но неудобства добавляет еще и то, что примерно через 30 секунд преобразователь выходит из режима установки. Т.е. регулируем напряжение, отвлеклись на минуту, хотим еще подкрутить, а надо все нажимать/выбирать снова…

1. Установка напряжения
2. Установка тока
3, 4. Установка защиты по превышению напряжения или тока.

Если к установке защиты по току вопросов нет, это может быть удобно так как защита триггерная и не переводит при этом преобразователь в режим СС, то вот защита по напряжению востребована гораздо реже, хотя наверное тоже можно использовать в некоторых ситуациях. В любом случае вещь полезная.


1. Также есть режим отображения прошедшей емкости Ач, энергии Втч и входного напряжения, включается кнопками вверх/вниз, длительное нажатие на кнопки памяти активирует соответствующую ячейку.
2. Про режим отображения в виде графика я уже писал, но немного уточню. Дело в том, что у него нет автомасштабирования, внизу выводится значение по вертикали для напряжения и тока, по умолчанию 2 вольта и 200мА на клетку, соответственно если поднять больше, то получим ерунду.
3. Кнопками влево/вправо выбираем соответствующий параметр и вращением энкодера меняем значение чтобы график отображался полностью.
4. Если нажать кнопки установки напряжения, тока и защиты, то справа появится соответствующее меню, как и в обычном режиме, убрать его можно либо повторным нажатием, либо оно пропадет само через пол минуты.


Преобразователь имеет фиксированное значение разницы между входным и выходным напряжением, вы не сможете установить на выходе больше, чем задано.
1, 2. Например при входном 50.76 мне позволило выставить 47.16 вольта, а при 53.75 уже 50.02 вольта, разница 3.6-3.7 вольта.
3. В процессе регулировок преобразователь почему-то самопроизвольно отключился, вернее отключился он потому, что выключился Минвел по срабатыванию защиты, это показалось странным.
4, 5. Если на входе напряжение меньше установленного, например при установке было одно, но в процессе снизилось, то при попытке активации выхода преобразователь отключится. При этом напряжение на выходе снижается очень плавно, я даже без проблем сделал фото этого процесса.
6. Вращение энкодера вниз не сбрасывает напряжение на максимальный лимит для текущего входного, потому надо прокрутить энкодер влево/вправо чтобы он заново установил лимит для того напряжения, которое сейчас подано. после этого преобразователь будет корректно работать.



При выключении выход просто отключается, без нагрузки со стороны преобразователя, соответственно напряжение снижается очень плавно.


Если выход активен, то напряжение устанавливается быстро что вверх, что вниз, это хорошо если бы не то, что в итоге Минвел уходит в защиту. Причем судя по тому, что он не перезагружается, как после перегрузки по току, а триггерные защиты у него от перегрева и перенапряжения, то скорее всего есть какой-то выброс со стороны преобразователя.

Отмечу нормальную работу энкодера, ничего не «проскальзывает» и при этом параметры можно менять с очень большой сокростью.


Пока игрался с преобразователем, обратил внимание, что на индикаторе ток без нагрузки при активном выходе не равен нулю, бывало и 2 и 3 и 6мА.
В меню есть опция установки нуля, которая не попадалась в других преобразователях, скорее всего добавлена из-за схемной недоработки.
После автоматической коррекции все пришло в норму.


Немного измерений.

Тест 1, проверка точности установки и измерения выходного напряжения.

На выходе преобразователя устанавливалось напряжение 0.1, 0.5, 1, 5, 10, 20, 30 и 51 вольт, не скажу что совсем хорошо, но нормально.
Отмечу что вы не сможете установить напряжение ниже 0.1 вольта, хотя дискретность регулировки составляет 0.01, на выходе либо 0, либо 0.1 и выше.

Проверка проходила при входном 55 вольт.


Тест 2, проверка точности установки и измерения тока.
Здесь нагрузкой служил шунт мультиметра и провода к нему, устанавливался ток 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500мА, 1, 2 и 5.1А.

Точность похуже чем при установке напряжения, но для недорогого преобразователя нормально.


Тест 3, точность удержания выходного напряжения в зависимости от нагрузки.

Как и всегда, я сравнивал выходное напряжение при небольшой нагрузке (около 50мА) и при почти полной (здесь 5А).

Можно было бы сказать что хорошо, а в некоторых режимах даже отлично, если бы «нюансы».


Проблема проявлялась при всех напряжениях, но больше заметна при напряжениях от 20-30 вольт.
1. При 36 вольт без нагрузки все красиво, напряжение почти не меняется.
2, 3. Под нагрузкой начало плавать в диапазоне примерно от 35.995 до 36.040. Не скажу что разница большая, но мне не нравится то что это вообще происходит.
4, 5. Проверка в режиме близком к максимальному, опять можно сказать что отлично, но «болтанка» также присутствовала и на фото попали близкие значения.
6. При этом БП отлично работал с разницей вход/выход в 4 вольта, да и КПД вроде неплохой.


Тест 4, пульсации на выходе преобразователя.

Как и всегда, сначала проверка без нагрузки, при 33, 66 и 100%, напряжение среднее- 25 вольт, так как в таком режиме пульсации обычно близки к максимальным.

Измерения проводились с конденсаторами 1 и 0.1мкФ параллельно щупу и могу сказать, что все выглядит очень даже пристойно, при максимальном токе размах до 75-80мВ.


Здесь ток во всех режимах одинаков, 5 ампер, но напряжение на выходе разное — 5, 12 и 48 вольт.

Еще в процессе предыдущих измерений я заметил некоторую «болтанку», но здесь она была сильнее, потому посмотрел при разном времени развертки.
1, 2. 5 вольт 5 ампер
3, 4. 12 вольт 5 ампер
5, 6. 48 вольт 5 ампер.

Видно что на самом деле напряжение постоянно болтается в довольно широких пределах, это собственно и вызывало колебания напряжения под нагрузкой, о которых я писал ранее.


Также уже привычные тесты:
1, 2. Подача и снятие напряжения 5 вольт на выходе. При выключении напряжение падает очень плавно.
3, 4. Реакция на подключение/отключение нагрузки. На выходе было выставлено 12 Вольт, был постоянно подключен резистор 30 Ом и параллельно ему подключался (или отключался) резистор 3.3 Ома, соответственно здесь реакция на перепад тока 0.4-4А и 4-0.4А.
5. Переход из режима CV в режим CC, напряжение 15 вольт, ток нагрузки 4.5А, выставлено ограничение 3А.
6. Те же параметры нагрузки и установок, но обратное действие, переход из CC в СV.

В первых двух случаях нормально, выбросов нет, нет их и при подаче питания на модуль и включении из дежурного режима, что хорошо.
В третьем и четвертом также неплохо, есть небольшой выброс около 0.5-0.6 вольта при снятии нагрузки.
А вот переход из режима CC в CV реально удивил, мне даже пришлось сменить разрешение по вертикали так как осциллограмма банально не влазила на экран. При установленных 15 вольт выброс был до 28 вольт, т.е. почти двукратный, это уже опасно.



«Паяльниковый тест». Здесь в качестве нагрузки подключен паяльник TS100 и проверяется реакция БП на постоянные перепады тока нагрузки.
Что интересно, здесь результаты очень хорошие и лучше чем у преобразователей серии RD60хх.



Тест 5, оценка КПД.
Проверка проходила при токе нагрузки 5А, входном напряжении 55 вольт и выходном 5, 12, 24, 36 и 48.
Полученный КПД соответственно составил 86.8, 93.1, 95.3, 96.7 и 97.4% что очень даже неплохо, ток потребления без нагрузки и 48 вольт выходном составил 32мА, а при неактивном выходе всего 16мА.


Также нет проблем и с перегревом, я гонял сначала около 20 минут, потом еще с пол часа, в итоге температура радиатора была 53-54 градуса и это был самый горячий элемент. В принципе что дроссель, что радиатор можно было трогать пальцами, так что запас по температуре еще есть и в этом плане меня удивляет модуль RD6006, который имеет радиатор с вентилятором.


Программное обеспечение проверялось только в компьютерной версии подключением через UART-USB конвертер от одной из моих электронных нагрузок. Так как модуля WiFi нет, то ПО для смартфона не пробовал.

Ну что сказать, программа уныла чуть менее чем полностью, все примитивно до неузнаваемости, так что RuiDeng может пока спать спокойно :)


Зато поймал устойчивый глюк с отключением. Дело в том, что в процессе тестов я пользовался блоком питания RD6018, а когда измерял КПД, то для повышения точности взял RD6006. При этом если в ПО выбрать к примеру выходное напряжение 50 вольт, а потом сразу 5 вольт, то RD6006 почти гарантированно (с шансом 90%) уходит в защиту по перенапряжению на выходе.


Подключил мультиметр чтобы посмотреть что он покажет в режиме макс/мин, хотя корректнее здесь было бы подключить осциллограф, но я к тому времени его уже убрал со стола.
Слева те 10% вероятности что переход с 50 до 5 вольт пройдет корректно, всплеск был всего до 63.36 вольта, следующая попытка дала всплеск больше и RD6006 отключился.


Вот как это выглядит в динамике, сначала активирую выход с выходным 5 вольт, затем поднимаю до 50 и потом опять снижаю до 5.


Мне видится один из вариантов, почему такое происходит и скорее всего виной синхронный выпрямитель и некорректное управление им. Если посмотреть на схему понижающего преобразователя (слева), то видим классический Step-Down конвертер, но если её разместить зеркально, то получится не менее классический Step-Up. Т.е. получается, что при резком понижении напряжения на выходе нижний транзистор продолжает работать, выполняя роль силового ключа Step-Up, а верхний транзистор хоть и отключается, но остается в работе его паразитный диод.
В итоге все что накоплено на выходных конденсаторах через повышающий преобразователь идет на выход модуля и соответственно на выход БП питающего все устройство. А так как у Минвела есть защита от перенапряжения, то получаем её срабатывание.

Самым простым решением видится установка диода между блоком питания и преобразователем, но так делать категорически нельзя так как всплеск напряжения будет еще больше, ведь тогда нечему будет поглощать энергию всплеска. Соответственно напряжение легко может превысить 80 вольт, дальше пробой ШИМ контроллера питания схемы управления и покупка нового преобразователя.
Можно поставить супрессор или какой нибудь параллельный стабилизатор напряжения, но как по мне, то проще увеличить емкость конденсаторов по выходу блока питания. Также следует учитывать, что энергия «отдачи» может стать выше, если от преобразователя питается нагрузка имеющая большую емкость.

Уже когда писал эти строки, то подумал, что проблема может быть еще глубже, если к выходу преобразователя подключен аккумулятор…
В этом случае наверное спасет только установка диода между выходом DC-DC и выходными клеммами.


При пропадании питания преобразователь еще какое-то время работает и передает данные о напряжении и токе, потом гаснет и связь пропадает.


Теперь как всегда, выводы.
Вот даже не знаю что и сказать. В общем-то сначала хотел даже похвалить, сам преобразователь неплох, особенно понравился КПД, низкие пульсации и стабильность работы, но есть куча «нюансов».

1. «Болтанка» выходного напряжения под нагрузкой.
2. Очень сильный выброс напряжения при переходе с СС в CV.
3. Всплеск напряжения на входе при резком снижении выходного напряжения.
4. Не очень удобное управление
5. Местами низкое качество сборки, следы пайки, отсутствие термопасты.
6. Слишком простое ПО
7. Добавьте свою причину.

На мой взгляд преобразователь хоть и недорогой и наверное своих денег стоит, но очень сырой, думаю производителю стоит серьезно задуматься о доработках.

Кстати, возможно у кого нибудь будут идеи, как доработать преобразователь чтобы он работал корректно, не давал выброса на вход и не боялся подключения большой емкости на выход.

У меня на этом пока все, надеюсь что было полезно.