Неплохой повышающий преобразователь, который имеет смысл доработать

Неплохой модуль, который можно даже использовать без «допиливания», а после допиливания — совсем конфетка получается, детали под катом.



Первым делом, хочу еще раз поблагодарить всем, кто проголосовал за мой обзор усилителя класса D. Обещаю, как только получу приз, потрачу его на товары по этой тематике, и уже начал рисовать цельнодеревянный мультифункциональный девайс – часы, блютус колонка и термометр в одном корпусе (картинка просто набросок для иллюстраций общей идей, в реальности все будет покрасивей). Справедливости ради, надо отметить, что обзор понравился не только вам, а также продавцу AI audio electronics с сайта dd4.com, который предложил мне взять на тест у них всякую всячину – в том числе и готовые корпуса для самодельных усилителей, на которые будет отдельный обзор.

Обзор данного девайса будет подёлен на две части – в первой части, будет использован т.н. «чайниковский» подход — девайс будет включён, опробован, и базовые замеры будут сделанны на уровне среднестатистического пользователя, без специального технического образования. В второй части, предположим, что покупатель данного устройства имеет некие знание по теме, в наличии комплект инструментов и прямые руки, и соответственно, сделаем более детальные замеры, срисуем схему, ну и попробуем допилить, если что допиливается.

Для чего же я заказал данный модуль? Он мне понадобился для «апгрейда» принтера этикеток Brother:



www.brother-usa.com/Labeling_Solutions/ModelDetail/7/pt1230pc/Overview

Принтер работает или от 6 штук ААА батареек, или от постоянного тока 9В, 0.5А. Вот я и решил переделать его так, чтоб не нарушая текущий функционал, позволить ему обходится питанием только от USB. На эту тему будет отдельный обзор попозже.

Для начала, ознакомимся с краткими характеристиками данного девайса с официального сайта: www.icstation.com/step-boost-power-apply-high-power-p-2751.html

Входное напряжение: 4.5В-32В
Входной ток: 0-6А
Выходное напряжение: 5-42В
Выходной ток: 0-6А
Рабочая температура: -40С +85С
Рабочая частота: 180кГц
КПД: 94% (макс.)
Защита от перегрева: Да
Зашита от переполюсовки: Нет
Размер модуля: 60х60х20мм

Фото с разных сторон:





Внимательный читатель наверняка заметил, что на фото с офсайта видно место для установки диода, но его там нету. А вот на модуле, который есть у меня на руках, данный диод распаян, модель его SK86 (8A, 60V, Schottky). Да и если посмотреть на страничку магазина, параметры модуля явно завышенны в лучшую сторону, и потребляемый ток, и КПД. Так ли это, выявим в практических тестах.

Итак, допустим, что всё указанное в технических характеристиках – правда, попробуем прикинуть практические варианты применения данного модуля.

В качестве повер банка, чтоб получить 5 вольт – не подходит, ибо входное напряжение минимум 4.5В.

В качестве повышающего, чтоб с 5 вольт от повер банка получить 12 вольт (такой вопрос недавно в комментариях задавал один член данного сайта) – должен подойти, что и протестируем.

Также, можно использовать данный модуль в качестве блока питания для ноутбука в автомобиле (получать из 12в бортовых скажем 19.5в) – тоже опробуем.

В качестве драйвера для светодиодов, данный модуль подходит мало, так как не обладает функцией ограничения по току. Конечно, можно использовать встроенную в чип защиту по току, выставив заведомо высокое напряжение, но тогда надо уже весьма точно подбирать нагрузку, что не всегда удобно.

Ну чтож, провёдем эксперимент №1 – подаём на вход 5вольт, на выходе устанавливаем 12 вольт, подключаем в качестве нагрузки переменный резистор ППБ-25 (с обдувом), номиналом 22 ома, уменьшаем его сопротивление с максимума, и мониторим выходное напряжение и ток. Максимальный снимаемый ток оказался 1.2А, что даёт на выходе 12*1.2=14.4 ватт, однозначно не фонтан. Что же у нас по входу? При напряжении 5 вольт, потребление по току составляет 4.1А, что даёт около 20 ватт потребляемой мощности, следовательно, КПД получился в районе 70%, негусто. Мониторим температуру, чип нагрелся до 85С, выходной диод — 58С, дроссель — 62С. Оставляем так на час, температура стабилизируется на данных значениях, выходное напряжение тоже стабильное.

Как это всё выглядит:



На тепловизоре (Flir E8):



Переходим к экперименту №2 — подаём на вход 12.5 вольт, на выходе выставляем 19.5 вольт, и начинаем уменьшать сопротивление резистора. На «холодную», получается удержать выходной ток на отметке 2.4А, однако после прогрева, ток падает до 2.16А, и стабилизируется на этом значении. Итого, выходная мощность получается 42Вт (2.16*2.4). Тоесть, до типового значения потребляемой мощности современных, не супер навороченных ноутбуков в 45 ватт, не дотягиваем, так что данный модуль если и подходит, то только в качестве источника питания для нетбуков, с потребляемой мощностю в 35Вт и менее. Потребление по входу составляет 12.5*4.84=60 ватт, КПД получается чуть получше, порядка 70%, но всё равно не фонтан, хотя, выходная мощность и стабильность весьма неплохи, и в никакое сравнение не идут с более дёшевыми модулями, собранными на как бы LM2577, с которых такую мощность снять в принципе невозможно…

Нагрев такой же, как и при 5 вольт входных.

Исходя из подхода как у «чаиника», данный модуль не фонтан, и особенной мощностью и КПД не выделяется, но он несравненно лучще чем всякие поделки на как бы LM2577, которая сгорает уже при 10вт снимаемой мощности.

Переключаем режим в «паяла с приборами», первым делом, снимаем электролиты, так как мешают посмотреть маркировку микросхемы и диодов. Микросхема оказалась XL6012, смотрим датащит тут: www.ksmcu.com/pdf/XL6012%20datasheet.pdf
Вкратце, перед нами повышающий преобразователь с интегрированным ключём на 5А и фиксированной рабочей частотой в 180кц. Маркировка силового диода SBL1045, сдвоенный диод шоттки на 10А и 45 вольт, ничего особенного. Тем временем, берём выпаянные электролиты и проверяем их соответствие на заявленные параметры. Входной конденсатор:





ESR чуть высоковат, но не совсем дохляк. Выходной конденсатор:



Тут с ESR вроде всё в норме, но заниженна емкость.

Дроссель:



Сравниваем схему с референсной (приводить не буду, есть в датащите). Всё в принципе совпадает, кроме номинала дросселя — он увеличен с штатных 47мкГн до 64мкГн, что есть хорошо — уменьшает пиковой ток через ключ и понижает пульсаций выходного напряжения, вот только это никак не увеличивает входной ток с 6А до 8А, как заявленно на странице магазина. Ну еще добавлен индикаторный светодиод с резистором и диод в обратном включений в паралель на входе (SK86, 8А 60В, Шоттки), видимо для защиты от переполюсовки.

Разумеется, следа термопасты обнаружить не удалось ни на микросхеме, ни на диоде, поэтому решил не только термопасту добавить, а заодно и радиатор поменять. Взял радиатор северного моста с старой материнки. Микросхему решил сажать без прокладок — радиатор всёравно ни с чем не контачит, а охлаждение будет получше:



Сказали-сделали (мне друг помогал), проводим вышеобозначенные тесты заново. Выходной ток при входных 5 вольтах входных, вырос незначительно, так что видимо, проблема не только в перегреве, а в топологии микросхемы. После часа работы, максимальная температура была у дросселя — 67 градусов, а температура микросхемы (и радиатора) составляла 52 градус. Переходим к тесту №2 — повышаем напряжение на входе до 12.1в (на блоке питания выставленно 12.5в, но 0.4в падает на проводах), а на выходе выставляем 19.5 вольт. В данном режиме апгрейд положительно сказался на КПД и выходной мощности — при напряжении в 19.5в, микросхема без проблем выдавала почти 2.7А, что даёт 52вт выходной мощности, следовательно, требования в 45ватт преодоленны, что весьма расширяет возможность применения данного модуля. Потребление по входу осталось такое-же, 60вт, но при 50вт выходных, КПД получается уже 86%, что весьма неплохо. Ради интереса выставил и другие выходные напряжения, 24 вольт, 16 вольт, в любом режиме, модуль стабильно выдаёт 50вт выходной мощности. Последний эксперимент – поднимаем входное напряжение до 14.1 вольт, и стараемся снять с модуля 65вт при 19.5в выходного напряжения – это уже де-факто стандарт по мощности многих современных ноутбуков. В принципе удалось, но впритык – максимальный выходной ток составил 3.35А, при напряжений в 19.5В. Потребление по входу получилось 72вт, что при выходных 65вт, даёт 90% КПД – весьма и весьма приятное значение. Температура, после часовой работы при таком режиме, без дополнительного охлаждения составила 57 градусов микросхема+радиатор, и 70.8 градусов – дроссель. Нагрев других компонентов был минимален, и по всей вероятности, их «согрели» микросхема и дроссель.





Ну куда же без осциллографа? Снял осциллограму на последнем протестированном режиме, размах пульсаций составил 0.2 вольт, если я ничего не путаю:



Конечно, с аудиофильской точки зрения это ужас и гадость, но цели применения у данного модуля совершенно другие, так что такие пульсаций ИМХО не помеха, конечно, можно увеличить емкость выходного конденсатора, и уменшить пульсаций, но в итоге получим потерю в КПД, что не всегда желательно.

Уже под конец, пришел в голову еще один возможный сценарий применения – в фотовидео мире, литиевые аккумуляторы для камер обычно выдают 7.2 вольт, и существует целая куча переходников, в которые можно подключить аккумулятор от вашей видеокамеры, а у переходника уже обычный круглый разьем питания, так что можно подключать любую периферию, которая может работать от данного напряжения. У нас такой переходничок есть, также есть 7 дюимовый монитор с HDMI входом, который напрямую от 7.2 вольт не завёлся, поэтому решили проверить этот преобразователь в данном режиме тоже. Выставили на выходе лабораторного БП 6 вольт (чтоб симулировать уже разряженный аккумулятор), а на выходе преобразователя – 12 вольт. На выходе получили ток в 1.7А, что для нашего монитора хватает сполна (он потребляет от 12 вольт порядка 0.8А). Никаких наводок на изображение или звук от работы преобразователя не было замеченно, так что это еще один возможный сценарий его использования.

Касаемо защит, от переполюсовки не проверял, ибо модуль у меня один, а сжечь его не хотелось, но защиту от короткого замыкания проверил нечаянно и она работает, потом уже пару раз специально коротнул — никаких последствии.



Благодарю за внимание!