Step-Down преобразователь с индикацией в акриловом боксе

Очередной понижающий преобразователь напряжения в оригинальном акриловом корпусе

Заявленные продавцом характеристики:
Converter type: DC-DC
Input voltage: 5~23V (Best voltage 20V)
Output voltage: 0V~16.5V (Continuously adjustable)
Peak current: 3A
Mainboard size: 50mm x 30mm x 12mm(LxWxH)
Display module: STN LCD
LCD size: 37.5mm x 17.0mm(LxW)
LCD accuracy: 1%
Conversion efficiency: 95%
Load regulation S(I): <= 0.8%
Voltage regulation S(U): <= 0.8%







Инструкция на английском языке честно предупреждает, что 3А на выходе преобразователь может выдать лишь кратковременно, длительный ток не должен превышать 2А.
Детали акрилового корпуса

В нужных местах сделаны прорези для кнопок, проводов подключения и винтов.
Индикатор инверсный LCD с белой не отключаемой подсветкой. Экран имеет синий светофильтр.
На экране отображается фирменный логотип Winners и зачем-то заряд аккумулятора.

Выходное напряжение регулируется двумя кнопками + и — Шаг установки довольно мелкий. Удержание кнопки приводит к ускоренному изменению выходного напряжения.
Установленное значение напряжения запоминается после отключения питания.

В собранном виде




Для срисовывания схемы, индикатор пришлось аккуратно отогнуть на ножках.





Устройство представляет собой понижающий синхронный преобразователь напряжения на базе MP2307DN (23V 3A 340kHz) их ставят например в преобразователи KIS3R33S
cdn-shop.adafruit.com/datasheets/MP2307_r1.9.pdf

Управляющий контроллер STM8S003 (16МГц, 10bit AЦП, 16bit ШИМ)

На входе последовательно стоит диод Шоттки, что заметно снижает эффективность преобразователя за счёт падения напряжения на нём (около 0,5В ).
Программная обратная связь тут не используется.
Токоизмерительный шунт как обычно, стоит в минусовом проводе.
Ток свыше 3А отображается как 3,0А, что связано с ограничением диапазона АЦП токового преобразователя. В пределах 0-3А ток измеряется верно. На максимальном токе 3А шунт значительно нагревается (мощность 3^2x0,1=0,9Вт)
Напряжение на выходе зависит от тока нагрузки.

О постоянном выходном токе 3А можно сразу забыть — даже без корпуса быстро перегревается дроссель, микросхема преобразователя и шунт.
Максимальный длительный выходной ток без перегрева элементов оказался около 2,4А без корпуса и 2,0А в корпусе.

Индикатор отображает заниженное на 0,1-0,3В выходное напряжение (в зависимости от его уровня).

Соответствие Реальное – Отображаемое напряжение без нагрузки
0,08 – 0,00
0.5 – 0,40
1,0 – 0,91
2,0 – 1,90
3,0 – 2,92
4,0 – 3,93
5,0 – 4,92
6 – 5,89
8 – 7,85
10 – 9,81
12 – 11,8
15 – 14,7
17 – 16,7

Максимальное выходное напряжение 17,5В
Дискрета отображения напряжения 0,1В при напряжении 10В и выше и около 30мВ при напряжении менее 10В. Это связано с ограничением 10-битного АЦП
Дискрета отображения тока 0,01А
Падение напряжения на шунте контроллер компенсирует программно — отображаемое значение снижается на 0,1В на каждый ампер.
При желании, можно вольтметр программно откалибровать — для этого перед включением нажать и удерживать левую кнопку, индикатор начинает моргать, далее кнопками выставить реальное выходное напряжение 5В. За подсказку, спасибо vlad1955
После калибровки, малые напряжения всё равно измеряет неточно, ну и бог с ним, чай не эталон тестируем :)

Реальная рабочая частота преобразователя около 330кГц

Пульсации выходного напряжения на токе 2А достаточно малы


Метод изменения выходного напряжения очень простой — контроллер посредством ШИМ (15,6кГц) добавляет в цепь ООС (отрицательной обратной связи) преобразователя напряжение смещения.
Выход ШИМ при нулевом выходном напряжении

Выход ШИМ при максимальном выходном напряжении


Примечательно, что на плате стоят 2 диода Шоттки с одинаковой маркировкой SS54 (5А 40В), которые внешне разительно отличаются по размерам (SMA и SMC). Диод, который побольше, стоит параллельно ключу синхронного преобразователя и в какой-то степени разгружает его, повышая эффективность преобразования.

Малая величина индуктивности (6,8мкГн) не позволяет на рабочей частоте 330-340кГц и токе порядка 2А эффективно преобразовывать входное напряжение свыше 15В — для этого необходимо ставить дроссель с большей индуктивностью (10-15мкГн).

Из доработок — перепаял входной диод в параллель по входному питанию и больше ничего не трогал.


Измеренный КПД после переделки в режиме 12/5В 2А составил 92%, что довольно неплохо.
Короткое замыкание на выходе выдерживает лишь кратковременно — быстро перегреваются шунт и микросхема

Пожелания разработчикам:
— снизить сопротивление токоизмерительного шунта хотя-бы до 0,05 Ом. Точность измерения тока немного снизится, но уменьшится провал напряжения под нагрузкой и снизится его нагрев
— диод на входе подключить параллельно для устранения потерь напряжения на нём
— задействовать программную время-токовую защиту преобразователя
— точнее отслеживать выходное напряжение
— увеличить индуктивность дросселя и его габарит

Вывод: преобразователь интересный, качественно собран и достоин внимания, но как обычно имеет свои особенности и недостатки