Преобразователь напряжения + модуль управления с симпатичным дизайном

Не так давно встретился мне на Таобао интересный комплект, хотя корректнее даже не комплект, а плата управления преобразователем, потому как продается она и отдельно. Любопытство взяло верх и решил я его себе заказать для пробы, но всему этому сопутствовала еще и полезная история с продавцом. В общем лучше прочитать об этом в обзоре.


Преобразователи я очень люблю, отчасти потому у меня их перебывало уже очень много и тут мне попался вариант, которого я раньше не видел, но который меня заинтересовал не только описанием, оно как раз скудное, а видеодемонстрацией работы, которая выложена у продавца. Работает шустро, вид приятный, дисплей большой, в отличии от разных DPS, но как всегда «был один нюанс», всё на китайском.
В общем решил написать продавцу и он практически сразу ответил. А спросил я такое — друг, увидел у тебя классный девайс, есть только проблема, мне бы такой же, но с перламутровыми пуговицами с английским меню. Сначала продавец начал писать мол не, вряд ли, это вообще мое хобби, а на тао я так, попутно. Думаю, во, класс! Пишу мол тоже занимаюсь подобными вещами, давай, может получится, я верю в тебя!
В итоге продавец и как я понимаю, разработчик, за пару свободных вечеров перевел все меню на английский и мало того, все продемонстрировал на видео. Единственно посетовал что мол китайские обозначения короче и на английском не влазят нормально :(


Пишу что меня устраивает, отлично. Также написал что покупать буду не сам, а через посредника и договорились что при заказе укажу «кодовую фразу» — for kirichblog, а он вышлет нужный вариант. Дальше все пошло как по маслу, посредник заказал, продавец отправил, я через некоторое время получил и вот делюсь впечатлениями.

Упаковка стандартна, антистатик + обычный пакет. Пакетов два так как на самом деле это два разных лота, преобразователь и плата управления. Но сначала конечно уточнил у продавца совместимость, чтобы потом не было приключений.


Вид полного комплекта, преобразователь, плата управления и провода для соединения всего этого вместе.


Начну пожалуй с преобразователя. Небольшая и аккуратная платка, стоит немногим дороже 5 долларов, доставка к посреднику еще 3 доллара, но это за оба товара сразу — ссылка.
Заявлено (местами гуглоперевод):
Входное напряжение — 12-50 Вольт, рекомендуемое 36-45 Вольт
Выходное напряжение — 0-30 Вольт (при условии что входное выше требуемого)
Выходной ток — 0-7.5 Ампера
Топология — Buck
Частота преобразования — 58 кГц
Вход регулировки тока/напряжения — 0-5 Вольт.
Независимая защита по току, если ток превышает установленный выше чем 2.3 раза защита должна отключить не более чем за 0.1мкс.
Функция плавного включения
Начальное смещение выхода: -0.5 Вольта
Пульсация на выходе: <50 мВ pp (вход 36 В, выход 30 В, 7 А)
Уровень выходного шума: <80 мВ pp условия тестирования 0,5 м витая пара, полоса пропускания 20 МГц
Коэффициент передачи синуса 100 Гц: менее 1/10000
Зависимость выходного напряжения от изменения входного: менее 1% на входе DC20V-50V, выход 15V3A
Зависимость выходного напряжения от изменения нагрузки: менее 10 мВ на входе постоянного тока 36 В, выход 30 В без нагрузки и нагрузка 6 А
Постоянная стабильность тока: менее 1,5% + 8 мА
Типичная эффективность:
Вход 36В, выход 30В 7.0А 96%
Вход 36В, выход 12В 7.0А 90%
Постоянное напряжение — скорость отклика с постоянным током: менее 0,7 мс Условие испытания: входное напряжение 20 В, настройка выхода 6 В, 5 А Нагрузка — резистор 1 Ом, переключите нагрузку на стабильное время.
Постоянный ток — постоянная скорость отклика напряжения: менее 0,4 мс Условия испытаний: входное напряжение 20 В, корректирующий выход 6 В, 5 А нагрузка имеет сопротивление 1 Ом, после того, как нагрузка отключена, мгновенная мощность выброса эквивалентна времени расчета.
Размер: длина * ширина * высота 6,8 см * 5,5 см * 5,3 см


Провода подключения идут скорее к плате управления, но так как разъемов много, то продавец подключил их к плате преобразователя, чтобы не запутаться. Плата управления уже подключается одним широким разъемом, красный и черный — питание платы управления.
Мне провода мешали и пришлось временно их отключить, ну а чтобы не запутаться, пометил разъемы маркером.


Преобразователь может использоваться полностью отдельно, собственно изначально он так и задумывался, потому кто хочет «крутилки» может использовать и так. Картинка со страницы товара.


На входе два нормальных разъема, с правильной фиксацией провода. Вот только шунт мне не очень понравился, но к нему я еще вернусь.
Конденсаторы 470мкФ 50 Вольт, один по входу, два по выходу, рекомендую заменить на что-то более фирменное и качественное.


Преобразователь прост и базируется на классике — TL494, также на плате затесался еще и ОУ LM358. Но мне понравилось не это, а красивая трассировка, компоненты буквально упакованы, класс.
Есть еще небольшой бонус, на плате установлены два светодиода отображающие режимы CC/CV, чего категорически не хватало на платах DPS/DPH. Конечно эта индикация выведена на дисплей, но практика работы показывает, что в некоторых ситуациях банальный светодиод гораздо удобнее.


Дроссель относительно небольшой, но и мощность преобразователя всего около 250 Ватт. Силовые элементы установлены на радиаторе, снимать его не стал, так как он запаян в плату, но на плате и так написано что там стоит:
Полевой транзистор — P55NF06
Диодная сборка — 2560CT
Биполярный транзистор — H669.

Ключевое отличие — транзистор N-канальный, а так как на плате нет чипа драйвера верхнего уровня, то скорее всего он реализован на дискретных элементах. Нет, конечно я знаю как это делается без микросхем, сам неоднократно делал такие драйверы, но как-то непривычно.
Второй транзистор к радиатору не прикручен, хотя это можно без проблем сделать, фланцы транзисторов по схеме соединены и потому изолировать от радиатора не надо. Этот транзистор стоит в стабилизаторе 9 Вольт для питания ШИМ контроллера и остальной схемы.


Снизу как всегда, немного флюса, немного не очень красивой пайки, а в остальном нормально.


Плата управления, вот она конечно стоит гораздо дороже, около 32 долларов — ссылка.
Краткие характеристики со страницы товара.
Диапазон регулирования: 0--30 В, 0-7,5 А (МАКС. 32 В, 8 А)
Точность установки: 0,003 (в зависимости от калибровки и условий использования фактическая ошибка управления меньше этого значения)
Точность измерения: 0,002


Из органов управления пара кнопок и нажимной энкодер.


Дисплей не прикручен, под ним только несколько танталовых конденсаторов.


Все остальные компоненты расположены сзади платы и их здесь довольно много.


Аналоговая часть, пара операционных усилителей и формирователь отрицательного полюса питания, ОУ питаются двухполярным напряжением.


Управляет всем 32-битный микроконтроллер STM32F103RGT6, работающий на частоте до 72 МГц и имеющий на борту кучу разных полезных плюшек включая 3 12-битных АЦП и 2 ЦАП.
Рядом расположена литиевая батарейка, назначение которой так и осталось для меня загадкой, но вот что порадовало, разработчик применил не только контроллер с нормальными (относительно) ЦАП/АЦП, так еще и похоже что поставил пару отдельных АЦП! Они виднеются правее микроконтроллера.

Позже я уточнил у продавца насчет батарейки, на что он ответил — она нужна для хранения данных (как я понял, речь о Ач и Втч). Конечно я спросил — а не проще хранить в энергонезависимой памяти? В ответ он сказал — там количество циклов ограничено, а так надежность выше. Во!


Также микроконтроллер имеет на борту COM и USB интерфейсы, но здесь они не задействованы, по крайней мере пока, как сказал продавец.


При подключении есть некоторая сложность, плата требует отдельного питания, причем имеющего гальваническую развязку от основного. Напряжение питания — 12 Вольт, минус соединен с минусом выхода силовой платы, собственно потому не получится запитать от общего входа, но кроме развязки этому помешает еще и напряжение питания силовой платы, которое явно больше 12 Вольт.
Но в этом есть и небольшое преимущество, можно поставить преобразователь 36-12 Вольт, а уже с его выхода какой нибудь стабилизатор 12-5 и получить дополнительное выходное напряжение.

Подключил к двум блока питания, все завелось с пол пинка.


Рабочий экран и меню управления.
Здесь собственно то, что мне понравилось изначально, большой экран, четкие цифры, в сравнении с DPS просто отдых для глаз.
1. На главный экран выводится
Верхняя полоска — включение вентилятора, режим слежения, блокировка управления
Текущее напряжение/ток/мощность
Заданное напряжение/ток
Счетчик Ач/Втч — значения запоминаются.
Режимы работы и активность выхода.
Время от момента включения питания и время активности выхода, режим защиты и температура платы.

2. При клике энкодером (или кнопкой, об этом позже) отображаются варианты оперативного выбора выходного напряжения/тока, реально удобно.
3. При нажатии на «меню» попадаем в настройки.
4. Mode Set — Режим работы отсечки по току, либо обычный режим СС, либо триггерный.
5. Триггерный имеет настройку уровня перегрузки относительно установленного и время перезагрузки.
6. Двойной клик энкодером сохраняет настройку, при этом выводится симпатичная анимация. Нажатие на «меню» просто выводит обратно.


1. Меню — Switch, переводит в выбор из двух режимов, обычного блока питания и зарядного устройства.
2. После подтверждения выбрасывает в основное окно, которое теперь имеет другой вид.
3. Заходим еще раз в меню и первый значок изменил вид, теперь это настройка режима работы зарядного устройства.
4. Режимов два фиксированных + автовыбор, позволяет заряжать литиевые или кислотные батареи.
5, 6. Задается напряжение и ток заряда, слева изначальные настройки для лития, справа для кислотных.

К сожалению режим пока в стадии разработки, продавец сказал что после «допиливания» даст новую прошивку. Но как по мне, задумка полезная.


Меню настроек.
1. Здесь целых два окна, в первом — основные настройки, калибровка, визуальное оформление, задание предельных параметров.
2. Во втором — управление вентилятором, очистка памяти, сброс настроек, инфо о разработчике.
3. Основное меню позволяет настроить:
Автоблокировку
Режим управления, меняется раскладка кнопок управления, четыре варианта, самые удобные первый и третий (на мой взгляд). В первом нажатие на энкодер включает доступ к предустановкам, переключение Ток/Напряжение вращением в нажатом состоянии. В режиме 3 предустановки — короткое нажатие кнопки выхода, переключение Ток/Напряжение нажатием на энкодер, вращение с нажатием — переключение дискреты. В общем также довольно оригинально.
Включение/выключение «пищика»
Скорость обновления показаний на экране, десять уровней. Специально не засекал, но примерно от 1 до 6-7 раз в секунду.
Follow — режим слежения, позже покажу.
4, Калибровка. Для перехода надо крутить энкодер пока не совпадут квадратики, защита от случайного перехода.
5, Варианты оформления, включение рамок, выбор цвета и т.п.
6. Можно задать макс напряжение/ток, хотелось бы еще и мощность и у продавца была такая версия, надо будет поговорить чтобы добавил. Максимум можно выставить 32 Вольта 8 Ампер.


1. Настройки вентилятора. Устанавливается либо непрерывная работа, либо температура включения. Выключение при снижении температуры ниже порога на 5 градусов. При активации выхода на дисплей выводится пиктограмма вентилятора.
2. Удаление накопленных данных о емкости Ач и Втч.
3. Сохранение данных, вот здесь не совсем понял, надо еще разбираться.
4. Инфо о ПО. Дата выпуска прошивки, версия, а также счетчик наработки в минутах, насколько я понимаю, не обнуляется.


Разные варианты оформления, два без рамок и два варианта рамок, «кубическая» была изначально, ест еще «сглаженная». В меню также меняется цвет фона.


Справа внизу выводится состояние выхода и текущий режим.
1. CV — стабилизация напряжения
2. СС — Стабилизация тока
3. ER — Попытка выставить на выходе напряжение больше чем входное, насколько я понял.
4. А это то, как срабатывает триггерная защита. У меня было выставлено 0% перегрузки, при КЗ выхода он отключается, выводится окошко с обратным отсчетом (время задается) и потом выход активируется заново, если перегрузка не устранена, то дальше цикл повторяется.


И конечно тесты.
Корректность установки выходного напряжения.
1. При неактивном выходе на выходных клеммах небольшое отрицательное напряжение.
2. При активации выхода и установленном нулевом выходном оно устанавливается почти нулевым.
3-9. При низких напряжениях, примерно до 1 Вольта, немного занижено, потом выравнивается и примерно до 30-31 Вольта выставляется практически идеально, но в самом краю диапазона немного завысило.


С током ситуация чуть хуже.
1, 2. При активном выходе и установленном нулевом токе выход находится в режиме СС, напряжение отрицательное, ток порядка -1мА.
3-9. Выходной ток во всем диапазоне немного занижен относительно установленного, встроенный амперметр выводит те же показания кроме самого конца диапазона, там ток также занижен, но амперметр показывает что он выше.


Так получилось, что последние тесты шли долго, в основном из-за того что я фотографировал этапы со значительно меньшим шагом, чем показано выше, отчасти из-за того что в фотоаппарате как обычно перегрелась вспышка и приходилось долго ждать, но под конец заметил что есть приличный нагрев силовой платы. Больше всего грелся шунт, но тепловизор его не видит, зато видно нагрев дросселя до 68 градусов и транзистора до 75. Оно как бы терпимо, даже шунт хоть грелся, но показания не плыли.


В любом случае мне стало любопытно, сколько же там рассеивается на шунте, решил посчитать.
Сопротивление шунта 27.9мОм, при токе 8 Ампер на нем падает 223мВ и рассеивается 1.78 Ватта. Как по мне, то впритирку так как шунт имеет малую площадь из-за проволочной структуры.


Выше я писал по поводу опции — Follow, спросил продавца, что это такое. Он ответил что это функция слежения за напряжением, для более точного чего-то, чего именно я так и не понял и решил проверить.
Заходим в меню, включаем, справа вверху на экране включается пиктограмма этой функции.

Да, функция как-то работает, но честно говоря я ожидал немного другого. Дело в том, что к примеру в моей электронной нагрузке есть подобная функция, там ЦАП задает некое напряжение при помощи ШИМ согласно калибровке, а потом измеряя своим амперметром уже немного подстраивает его если ток отличается от установленного. Эдакая коррекция «на лету».
Здесь я сравнил и увидел что хоть без этой функции (слева), хоть с функцией (справа), реальное выходное напряжение никак не меняется, меняется только отображаемое. А жаль, потому как вольтметр и амперметр у контроллера откалиброваны почти как мой Юнит и по нему реально проводить коррекцию. Если перевести плату в режим CV, т.е. чтобы напряжение «убежало», то оно так и продолжает немного «отставать» от реального.


Кроме того обратил внимание, что ток в режиме СС немного зависит от входного напряжения. Не сильно, но разница есть, вверху на входе 35 Вольт, внизу 45.


Точность поддержания напряжения в зависимости от нагрузки, проверялось при трех напряжениях — 3.3, 12 и 24 Вольта и при трех значениях тока — 55мА (фактически без нагрузки), 4 и 7.9 Ампера. Практически везде максимальная разница составляла 20мВ, что очень неплохо, напряжение измерялось на винтах клеммника.


Измерение КПД, использовалась два блока питания, электронная нагрузка и мультиметр. Мультиметр измерял ток до преобразователя. На самом деле КПД немного выше, так как на входе платы напряжение было чуть меньше.


Результаты теста.


Попутно выяснилось, что при входном 36 Вольт и токе нагрузки более 4.5 Ампера плата не может выдать 32 Вольта на выходе выдавая сообщение о нехватке напряжения, при этом 31 Вольт выдает даже при токе в 8 Ампер. При входном напряжении 45 Вольт все было нормально.
Это все говорит о том, что 36 Вольт это совсем впритык и желательно иметь Бп на напряжение ближе к 40 Вольт.


Добавляем ко всей этой конструкции осциллограф и посмотрим что там творится на выходе.
Здесь также было много тестов в разных режимах, но входное напряжение я выставил на 40 Вольт.


Выходное напряжение 3.3 (слева) и 12 Вольт (справа) и ток нагрузки 1, 4 и 7.9 Ампера.
В заявленный размах пульсаций 50-80мВ р-р плата не вписалась и я получил до 100мВ при 3.3 Вольта и до 140-150мВ при 12 Вольт.


Выходное 24 Вольта (слева) и 30 Вольт (справа), ток 1 и 7.9 Ампера.
Картина примерно та же, хотя при 30 Вольт на выходе размах заметно меньше.


1, 2. Пульсации без нагрузки, напряжение на выходе 3.3 Вольта.
3, 4. Вы наверное заметили «иголки» на осциллограмме при максимальном токе? Сначала я растянул и посмотрел что это такое, на вид некие резонансные процессы, но потом просто взялся за щуп осциллографа и они снизились в два раза (справа). Подозреваю что заметную толику погрешности измерения внесло то, что все питалось от сети и могли возникать земляные петли и взаимные наводки.


Выше на плате можно было видеть место под USB разъем, а также просто разъем помеченный как RX/TX. Пообщавшись с продавцом, он же и является разработчиком платы управления, выяснил что есть уже даже бета версия ПО для этой платы, правда пока на китайском и очень упрощенно. Попутно попросил его сразу писать не только на китайском, а и на английском языке.


Кроме того продавец предложил мне вариант готового устройства, на его странице оно не продается. Цену не помню, что-то порядка 75 долларов, если не путаю, надо уточнять. Выглядит классно и я бы наверное даже купил бы его, если бы не вес в 1.5кг, что сильно подняло бы цену из-за доставки.
Но на вид смотрится просто отлично, алюминиевый корпус, фрезеровка. Фото не очень высокого качества, но этот блок есть на видео продавца, посмотреть можно на странице товара.


Думаю установить все в свой корпус, тем более попался в руки блок питания от коммутатора Cisco, который имеет на выходе не только 50 Вольт для силовой части, а и 12 Вольт, гальванически отвязанные от силового :) Единственное что мне не нравится в этом БП, выходное напряжение относительно земли отрицательное.


А теперь как всегда, выводы.
Я пробовал много разных плат преобразователей, это и ZXY, DPS/DPH, а также относительно новые DPX, не говоря о всякой мелочевке и могу сказать, что обозреваемая плата аппаратно стоит на голову выше чем все перечисленные.
Не касаясь платы преобразователя, так как она может быть и другой, отмечу такие ключевые моменты.
1. Большой экран с отличной читаемостью
2. Довольно правильная схемотехника
3. Простое, но удобное управление.
4. Не менее простые, но также удобные и гибкие настройки
5. Управление вентилятором
6. Неплохая точность установки и высокая точность измерения.
7. Режим ограничения тока не только СС, а и триггерный, причем настраиваемый.
8. Аппаратный индикатор CC\CV

Но главное не только в этом, а еще и в том, что проект развивается и продавец (он же и разработчик) идет на контакт и пример этого — перевод меню на английский язык по моей просьбе.
Кроме того ожидается добавление функции заряда аккумуляторов, чего нет у других плат преобразователей.

Теперь я планирую составить для разработчика список пожеланий, что добавить в ПО.
1. Функцию ограничения максимальной мощности, но не как у DPS/DPH, а как у ZXY, т.е. без отключения выхода.
2. Регулировку оборотов вентилятора.
3. Защиту по перегреву с внешним датчиком температуры.
4. Функцию коррекции выходного напряжения на основании измеренного.
5. Добавление вариантов с большим лимитом мощности/напряжения, например для работы с мощным линейным БП.
6. Добавление клавиатуры для прямого задания напряжения/тока

Хочется больше диапазон регулировки как по току, так и по напряжению, не думаю что программно это сложно сделать, аппаратно же можно просто взять более мощный преобразователь, а то и вообще просто управлять импульсным БП без промежуточного преобразования.

Есть и минусы, на мой взгляд их два:
1. Цена. Все таки 30 долларов без учета цены доставки это не очень бюджетно. И это только контроллер
2. Необходимость иметь второе питания гальванически развязанное от основного. Не сильно дорого, просто неудобно.

На этом у меня все, надеюсь что обзор был полезен, буду очень рад вопросам и пожеланиям по развитию проекта.