СмартПульс — держите руку на пульсе высоких технологий! Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций
Главная — DIY (Сделай сам!) — Обзор понижающего DC-DC преобразователя на LM2596 с вольтметром
Понижающий DC-DC преобразователь на LM2596 со встроенным вольтметром
Предисловие
Обзор посвящен относительно мощному понижающему DC-DC преобразователю с вольтметром, позволяющем контролировать как входное, так и выходное напряжение. Преобразователь способен отдать выходной ток до 3 А при напряжении до 37 В.
(Изображение с Алиэкспресс, кликнуть для увеличения)
Преобразователь основан на «вечно молодой» микросхеме LM2596, которая уже много лет служит в различных устройствах как надёжный компонент с высокими техническими параметрами.
ПОНИЖАЮЩИЙ преобразователь напряжения на LM2596S с Aliexpress
Микросхема выпускается в различных вариантах, как на фиксированные выходные напряжения, так и с возможностью их регулировки (LM2596 ADJ) .
Купить тестируемый преобразователь можно на Алиэкспресс здесь или здесь, а также и у многих других продавцов. Цена на дату обзора — от $1.8 до $2.5 с учётом доставки.
Внешний вид и технические характеристики понижающего DC-DC преобразователя со встроенным вольтметром
Устройство представляет собой бескорпусную плату с устройствами регулировки и индикации:
На плате расположено множество элементов, но лишь небольшая часть их относится собственно к преобразователю. Наибольшая же их часть относится ко встроенному вольтметру.
Помимо 3-разрядного светодиодного индикатора, к вольтметру относятся: аналого-цифровой процессор (микроконтроллер), расположенный под индикатором; кнопка переключения измеряемого параметра (входное или выходное напряжения); пара светодиодов (индицируют, какой именно параметр измеряется) и мелкая обвязка, отвечающая за питание микроконтроллера и индикатора.
Технические характеристики DC-DC преобразователя перечислены в следующей таблице:
| Входное напряжение | 4.5 — 40 В |
| Выходное напряжение | 1.25 — 37 В |
| Максимальный выходной ток | 3 А |
| Минимальное превышение входного напряжения над выходным | 1.16 В |
| Габариты | 66*36*14 мм |
| Масса | 23 г |
| Температура окружающей среды | -45 ~ +85°С |
Схема преобразователя, как такового (без вольтметра), очень проста (взята из datasheet LM2596 ):
Понижающий преобразователя на XL4016
Также в datasheet LM2596 приведены рекомендации по номиналам элементов и их расчётам:
В тестируемом DC-DC преобразователе эти рекомендации выполнены не в полной мере: номинал входного электролита равен 100 мкФ вместо рекомендуемого 470 мкФ.
В связи с этим рекомендуется добавить недостающую ёмкость со сторону источника питания этого преобразователя.
Вместо рекомендуемого диода с предельным током 5 А установлен диод SS36 с предельным током 3 А, что не совсем хорошо, учитывая отсутствие запаса по этому параметру (преобразователь рассчитан на эту же величину тока).
В качестве резистора R2 (на схеме) использован многооборотный подстроечник (обозначен VR1 на плате), см. следующее фото:
Посмотрим на обратную сторону платы:
Здесь с чувством глубокого удовлетворения отметим, что обратная сторона по максимуму покрыта омеднением. И это — очень хорошо, поскольку это омеднение, по сути, и является единственным теплоотводом преобразователя.
Теперь посмотрим, как работает встроенный вольтметр преобразователя.
Управляет им единственная кнопка, расположенная на плате. При её нажатии вольтметр переключается с измерения входного напряжения на выходное и обратно; а расположенные на плате два светодиода показывают, какое именно из напряжений измеряется в данный момент.
Пример работы вольтметра с измерением входного напряжения (светится светодиод «IN») :
Пример работы вольтметра с измерением выходного напряжения (светится светодиод «OUT») :
Теперь переходим к тестам.
Тестирование понижающего DC-DC преобразователя на LM2596 со встроенным вольтметром
Тестирование начинаем с измерения потребляемого тока на холостом ходу (без нагрузки).
Ток холостого хода измерялся при установке выходного напряжения на 5 В.
При входном напряжении 10 В потребляемый ток составил 24 мА, при входном напряжении 32 В потребляемый ток составил 29 мА.
При этом можно предположить, что значительную часть этого тока потребляет встроенный вольтметр.
Следующая проверка — на точность работы встроенного вольтметра.
Сравнение его показаний с показаниями мультиметра показало, что расхождение между ними при высоких напряжениях (20-30 В) не превосходит 1.5%.
При низких напряжениях ограничением точности становится цена деления младшего разряда, составляющая 0.1 В.
Теперь проверим работу преобразователя под нагрузкой в двух вариантах: при токе в 0.5 от максимально-допустимого и равном максимально-допустимому.
В качестве нагрузки использовался мощный резистор номиналом 2 Ом; результаты приведены в таблице:
| Входное напряжение | Входной ток | Выходное напряжение | Выходной ток | КПД |
| 10 В | 0.63 А | 3 В | 1.5 А | 71% |
| 10 В | 2.35 А | 6 В | 3 А | 77% |
КПД преобразователя примерно соответствует КПД, заявленному производителем для LM2596 и составляющему от 73% при выходном напряжении 3 В и до 90% при выходном напряжении 12 В.
Осциллограмма напряжения в точке соединения микросхемы LM2596S с индуктивностью оказалась необычна:
Импульсы преобразования, как оказалось, идут не одиночные, а пачками по три импульса.
Соответствующую форму имеют и пульсации на выходе преобразователя:
Осциллограммы сняты при входном напряжении 10 В, выходном 3 В и токе выхода 1.5 А.
Возможно, это особенность протестированного экземпляра; но она работе устройства не вредит и представляет только научно-познавательный интерес.
В datasheet для дальнейшего снижения пульсаций рекомендуется использовать дополнительные LC- фильтры.
Теперь посмотрим на тепловые снимки преобразователя для оценки допустимых режимов его работы.
Первый снимок — в режиме тока выхода 1.5 А (входное напряжение 10 В, выходное — 3 В):
Самые яркие (горячие) точки на снимке — это ожидаемо сама микросхема LM2596 и выпрямительный диод SS36 .
Максимальная температура составила 68 градусов. Это, хотя уже и очень тепло, но вполне допустимо.
Теперь — второй теплоснимок, сделанный при токе выхода 3 А (входное напряжение 10 В, выходное — 6 В):
В этом режиме наиболее горячий элемент — уже только один, микросхема LM2596 . Её температура составила почти 120 градусов!
Такая температура уже вплотную подбирается к максимально-допустимой в 125 градусов. Иными словами, такой режим опасен для здоровья и жизни преобразователя.
На этом можно перейти к окончательным итогам.
Окончательный диагноз DC-DC преобразователя на LM2596 со встроенным вольтметром
Преобразователь представляет собой законченное устройство, сразу готовое к работе.
Из особенностей, в первую очередь, надо отметить, что не следует этот преобразователь использовать в режиме с током выхода, равным максимально-допустимому току в 3 А: возможен перегрев и выход из строя.
Правильнее всего его будет эксплуатировать в соответствии с исторически сложившейся и рекомендованной для повышения надёжности традицией: использовать по максимально-допустимым параметрам не более, чем на 75-80%. В данном случае это будет означать, что выходной ток не должен превышать 2.4 А.
Также для улучшения работы и дополнительного подавления пульсаций можно использовать дополнительные конденсаторы, подключенные снаружи со стороны входа и выхода.
Купить протестированный преобразователь можно на Алиэкспресс здесь или здесь, а также и у многих других продавцов.
Если наличие вольтметра не обязательно, то можно купить плату преобразователя с такими же параметрами дешевле, например, здесь (и сама плата будет меньше по габаритам).
Весь раздел «Сделай сам! ( DIY) » — здесь.
Ваш Доктор.
03 января 2022 г.
Вступайте в группу SmartPuls.Ru Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.
Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам
Доктора! (Администрация сайта — контакты и информация)
Группа SmartPuls.Ru Контакте — анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них
Источник: smartpuls.ru
учимся пользоваться dc-dc стабилизаторами на LM2596
Питание: 5-35 В (постоянный ток)
Выход: 1,25-30 В, 3 А (макс. 4 А). Для >15 Вт требуется теплоотвод
Постоянное напряжение (CV)
Постоянный ток (CC)
Индикация заряда
Предполагаемые способы использования:
Преобразователь для питания LED-ламп, лент и т.п.
Зарядка аккумуляторов постоянным током и напряжением с минимальной индикацией
Плата очень маленькая, влазит в спичечный коробок.
На вход подаём постоянное напряжение от 5 В до 35 В. На выходе получаем заранее заданное постоянное напряжение от 1,25 В до 30 В. Выходное напряжение не может быть больше входного минус некоторая разница (не менее 2 В). Таким образом, после настройки выходного напряжения Uвых входное Uвх можно менять в диапазоне примерно от Uвх + 2В до 35 В, выходное напряжение при этом не будет меняться.
Постоянный ток
Пока ток не превышает заданного максимума, плата выполняет роль стабилизатора напряжения, ток может быть любым, напряжение — строго заданное. Как только ток пытается подняться выше заданного, начинает работать ограничитель тока. Ток на выходе при этом фиксированный, а напряжение понижается так, чтобы через нагрузку шёл этот максимальный ток. Получается, что ни напряжение, ни ток не выходят за установленные значения.
Например, если по расчетам выходит, что выходной ток должен быть 2,5 А (например, при заданном Uвых = 5 В и нагрузке 2 Ом), но плата настроена на ограничение в 2 А, то на выходе будет 2 А и напряжение 4 В (2 А * 2 Ом), при этом будет гореть индикатор ограничения. Если теперь повысить сопротивление нагрузки до 3 Ом, то ток в выходной цепи будет идти без ограничений, напряжение снижаться не будет и будет равно заданному, ток — 5 В / 3 Ом = 1,67 А. Индикатор при этом гореть не будет.
Полный размер
Полный размер
Для настройки максимального тока закорачиваем выход через мультиметр в режиме измерения большого тока, обычно с пределом 10 А, которого здесь хватит с запасом, и выставляем крутилкой на плате необходимый ток.
для моих 4 красных eagle eye выходит 240mA проработали ночь на таких настройках и ничего не произошло не нагрелась схема не сдох светик.
Индикация заряда
Этот индикатор горит, пока ток в выходной цепи выше заданного значения. Это значение устанавливается относительно максимального тока. При установке большого максимального тока (единицы ампер) может не получиться установить индикацию на маленький ток (единицы и десятки мА).
Этот преобразователь больше подходит для относительно высоких выходных напряжений (например, 12 В и выше), но при этом он не способен работать с большими токами, т.к. рассеиваемая мощность, а значит и нагрев, при увеличении выходного тока будет всё равно только расти, а охлаждение платы минимально. Реальные характеристики преобразователя наверняка хуже заявленных, но для первичной оценки хватит и этой информации.
Полный размер
матчасть заимствована у skubr.
Источник: www.drive2.ru
Модуль понижающего преобразователя напряжения DC-DC
На китайских торговых площадках появится интересный модуль понижающего преобразователя напряжения XL4016. Схема позволяет работать с регулированием напряжения (CV) и тока (CC). После добавления в систему источника питания (например, ненужного блока питания ноутбука, трансформатора с выпрямителем и конденсатором) модуль можно использовать в качестве регулируемого БП, зарядки для авто АКБ 12 В или стабилизатора с фиксированным выходным напряжением.
Схема позволяет установить максимальный выходной ток или работать как источник тока (CC). Работа в режиме CC может использоваться, например, для питания светодиодов, зарядки аккумулятора (в том числе автомобильного) или питания модуля Пельтье. Многооборотные потенциометры, установленные на плате, можно заменить на более крупные и удобные, оснащенные ручкой. Импульсная система имеет высокую эффективность, но при более высоких мощностях потребуется принудительная циркуляция воздуха или больший радиатор.
Схема подключения модуля DC-DC
Модуль инвертора можно найти на Алиэкспрессе, его описание часто содержит параметры 9 A 300 Вт, 1,2 – 35 В. Давайте подробнее рассмотрим возможности схемы этого преобразователя и проведём тесты. На радиаторах установлены двойной диод 10A STPS2045 и цепь понижающего инвертора XL4016. Обозначение входов и выходов питания и распределение потенциометров можно найти на рисунке ниже:
Полупроводники изолированы от радиаторов, что снижает риск коротких замыканий, но также может снизить эффективность рассеивания тепла. Согласно найденному даташиту, XL4016 в корпусе TO220 имеет предел по току 8 А, возможно, в модуле был использован элемент с большей заявленной эффективностью. Двухцветный светодиод меняет свой цвет с синего на красный при выходном токе >0,8 А. После замыкания выхода с помощью амперметра удалось отрегулировать выходной ток в режиме от CC до 9 A. Работа светодиодов очень удобна и информативна. Потребляемый ток без нагрузки около 15 мА.
Полезное: Радиотехническая криптовалюта Техно: обзор и ICO
Электролитические конденсаторы находятся достаточно близко к радиаторам и температура может уменьшить их срок службы, в то время как большая индуктивность просто висит в воздухе, так что ее стоит закрепить клеем, чтобы не повредить печатную плату во время механических воздействий. С другой стороны платы припаян стабилизатор 5В, LM358 и резистор, используемый при измерении выходного тока.
Испытания и тесты модуля XL4016
Стабильность выходного напряжения по сравнению с выходными токами является удовлетворительной, далее пример графика выходного напряжения, установленного на 3.3V в зависимости от тока нагрузки.
Влияние входного напряжения при установке выходного крайне мало.
Зависимость эффективности КПД преобразователя от изменения выходного тока для двух выходных напряжений.
Зависимость КПД от изменения входного напряжения.
Пульсации и отклонения выходного напряжения при разных условиях эксплуатации показаны на осциллограммах далее.
Применение понижающего преобразователя
Использован был этот модуль в качестве зарядного устройства для игрового ноутбука, он отлично работает и не нагревается критично. Вход: 29 В, выход 19 В, Imax 4 А в соответствии с параметрами исходного адаптера переменного тока 220 В.
Самый большой ток снимался с модуля работающего как блок питания для радиотелефона, на котором получалось 28 В и 9 A, что очень хорошо.
В качестве зарядного устройства он работает после добавления большого радиатора к XL или замены его на радиатор большего размера, чем заводской, плюс вентилятор, который также охлаждает конденсаторы.
Безопасный диапазон тока при длительной нагрузке составляет около 7 А, при напряжении выше 32 В стабилизатор очень горячий. Перед преобразователем хорошо будет поставить большой ёмкий конденсатор по питанию.
НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ
Источник: 2shemi.ru