Opět jsem neodolal a objednal malé a poměrně výkonné DC/DC měniče. Chtěl jsem si vyrobit s jejich pomocí nabíječku na dva telefony z autobaterie. Požadovaný proud jsem plánoval na 1A na jeden telefon, takže celkově 2A výstupního proudu. Zvolil jsem na ebay měnič s až 96% účinností, regulovatelným výstupem a kontinuálním proudem 2A. Špičkový proud má 3A. Samozřejmě ze zkušeností například s Čínským zdrojem pro žárovky nebo nabíječem pro elektronické cigarety, který ničí akumulátory jsem byl i zde skeptický a byla to spíše zkouška zda vydrží alespoň nějaký týden.
Parametry:
- Vstup 4,5 V až 28 V
- Výstup 0,8 V až 20 V
- Efektivita až 96 %
- Výstupní zvlnění méně než 30mV (neuvádí zda efektivní nebo špička-špička, počítejme tedy pro ně lepší hodnota efektivní)
- Frekvence až 1,5 MHz, typicky 1 MHz
- Velikost 22 x 17 x 4 mm
Na měniči, který mi dorazil Čína vyfrézovala popis chipu, který je použitý jako DC/DC měnič. Naštěstí Čína používá stále jeden typ a ještě k tomu prodejce má fotky bez vyfrézování. Takže jsem jednoduše přišel na to, že je použitý MP1584. Tento měnič pracuje opravdu do 1,5 MHz a opravdu má vstup a výstup jak uvádí prodejce, ale to jsou vše jen obecné informace. Reálné si musí každý změřit sám.
Měnič také nemá žádné větší kapacity, pro vykrytí špiček zařízení nebo napájení. Je to jen očesané základní zapojení MP1584 doplněné o regulaci zpětné vazby, čímž se reguluje výstupní napětí. Trimrem na regulaci se musí otáčet pomalu a jemně. Chip při rychlé změně zpětné vazby nestíhá reagovat a spadne na výstupní napětí 3,3 V odkud už se nehne. Je potřeba odpojit napájení a znovu jej připojit, aby regulace opět začala fungovat.
Měnič se ani při 1 A zatížení nezahřívá nad 45 °C což hodnotím kladně. Samozřejmě je rozdíl uzavřená krabička nebo moje testování na stole, kde má teplo kam odcházet. Prodejce doporučuje při 2 A zatížení používat externí chladič. Reálně si ale nedokážu představit, jak chladič přidělat k SMD chipu, který by měl mít chladící plošku zespoda.
Testování, pokusy a měření
K měření jsem využil laboratorní regulovatelný zdroj s regulací proudu i napětí. Dále dvoukanálový osciloskop “klasika” BM566A a pár Metex voltmetrů. Vše zapojeno a připraveno.
Frekvence měniče
Základní věcí, kterou jsem chtěl vědět je frekvence na které měnič jede. Z měření (i na obrázku níže) jsem došel k cca 450 KHz. To jsem si následně ověřil pomocí datasheetu a nastavovacímu odporu na měniči, který odpovídá právě 450 KHz. Samozřejmě by byla lepší frekvence vyšší, která se lépe filtruje, ale je k tomu zapotřebí kvalitnější součástky v okolí měniče.
“Rušení” aneb výstupní zvlnění
Další věcí, kterou mimo jiné prodejce uvádí je “rušení” nebo jinak výstupní zvlnění. To hodně závisí na výstupním proudu. Dle prodejce je jeho hodnota maximálně 30 mV. Jak jsem již uvedl výše, prodejce neuvádí o jakou hodnotu se jedná. Pravděpodobně uvádí pro sebe výhodnější hodnotu efektivního napětí (Uef). Dále budu ještě uvádět mnou naměřené hodnoty měřené od špičky ke špičce (pp – jako peak to peak. Česky od špičky ke špičce.) Přepočet mezi hodnotami je Upp = Uef * 2,82 V a zpětně Uef = Upp / 2,82 V.
Ale zpět k mému měření. Při vstupním napětí 13,3 V (při všech testech), výstupním napětí 5 V a výstupním proudu 3 mA je reálná hodnota výstupního zvlnění 600 mVpp což po přepočtu je 212 mVef. Kdyby tedy prodejce uváděl 30 mVef, skoro naprázdno, tak by to nebyla pravda. Samozřejmě nezatížený měnič se může chovat kdejak a počítá se většinou při zatížení. Po přidání 1000 uF kondenzátoru s lepšími vlastnostmi odrušení (ESR kondenzátor) jsem dosáhl zvlnění 100 mVpp, které odpovídají 35 mVef hodnoty. Zde už se blížíme k maximální hranici 30 mVef, které uvádí prodejce.
Na obrázku níže v horní polovině výstup měniče a v dolní vstup měniče. Zdroj je čistý, na spodním signálu jdou vidět frekvence vracející se z měniče zpět.
-
- 0,2V/dil; 1uS/dil
Výstupní zvlnění je dobré filtrovat, protože měnič jako takový obsahuje jen základní málo efektivní filtrování. Také jsem na začátku psal, že je dobré přidat kondenzátor pro vychytání špiček na výstupu měniče.
Zkusil jsem tedy specifičtější testování při výstupním proudu 130 mA a 1,136 A. Měnil jsem přitom velikost kondenzátorů a měřil zvlnění a účinnost. Při větších výstupních proudech se měnič více zatěžuje a zvlnění samotné je menší i bez přidané filtrace. Bohužel je potřeba počítat i s nižšími odběry proudu, kde je filtrace potřeba.
130 mA výstupní proud
Hodnoty níže odpovídají přidanému kondenzátoru na výstup pro filtraci, výstupnímu zvlnění v obou hodnotách a procentuální efektivnosti přenosu energie.
- bez přidané filtrace – 600 mVpp – 213 mVef – 50 %
- 10 uF – 400 mVpp – 142 mVef – 54 %
- 100 uF – 50 mVpp – 18 mVef – 70 %
- 1000 uF – 75 mVpp – 27 mVef – 70 %
Nejlepší zde tedy vychází sto mikro farad (100 uF), kde najednou rychle vzrůstá efektivita přenosu energie a výrazně klesá výstupní zvlnění. Od přidané filtrace okolo 100 uF se už dostáváme pod hodnotu prodejce, který uvádí maximálně 30 mVef.
1,136 A výstupní proud
Pro větší proud již výstupní zvlnění klesá automaticky díky zatížení měniče.
- bez filtrace – 75 mVpp – 27 mVef – 79 %
- 10 uF – 70 mVpp – 25 mVef – 81 %
- 100 uF – 70 mVpp – 25 mVef – 81 %
- 1000 uF – 90 mVpp – 32 mVef – 79 %
Při výstupním proudu okolo jedné ampéry vychází jako dobré hodnoty přidaného kondenzátoru 100 uF a dokonce jen 10 uF, kde vychází efektivita okolo 81 %.
Jak testy dokázaly, je důležité pro nižší výstupní proudy použít přidaný kondenzátor na vyfiltrování výstupního zvlnění. Ovšem ani při větších proudech není zbytečný, protože dokáže zvýšit efektivitu přenosu i filtraci.
Efektivita
Jedná se o dost podstatnou věc. Procenta efektivity udávají, kolik procent energie se přenese ze vstupu na výstup a kolik se vyzáří v teplo. Pokud tedy budeme tahat přes měnič 10 W energie s účinností 50 %, bude měnič topit 5 W tepla. Takový tepelný výkon bude určitě pro chip měniče smrtelný. Dokonce při 80 % účinnosti jsou 2 W tepla až moc. Jen pro představu 10 W energie jsou například 2 A výstupního proudu při 5 V.
Při měření výše jsme měli při napětí 5 V proud 1,136 A. Energie na výstupu byla 5,68 W. Účinnost s kondenzátorem 100 uF je 81 %. Teoreticky by tedy mělo na vstupu téct 0,427 A ovšem to při 100 % účinnosti. Proud na vstupu bude reálně 0,52 A což je 6,92 W při 13,3 V. Teplo vyzářené chipem bude jen 1,24 W. Ani něco málo přes watt není trocha tepelné energie, ale na vzduchu dokáže udržet chip na maximálně 45 °C.
Fungování
Teplota měniče je dobrá i při větších výstupních proudech a u 1 A nepřekračuje 45 °C.
Regulace funguje od 0,85 V do 20 V. Vstup funguje od 4 V a maximálně jsem zkoušel 25 V. Samozřejmě funguje jako step down, takže vstup musí být vždy větší než výstup. Příklady velikosti rozdílů vstupního napětí a výstupního uvádím níže. Výstupní napětí není zaokrouhleno na přesnou hodnotu, protože “půl otáčkovým” trimrem nejde přesně nastavit.
- Výstup 5,1 V – nejnižší funkční napětí 5,6 V – potřebný rozdíl nejméně 0,5 V
- Výstup 10,2 V – nejnižší funkční napětí 11,9 V – potřebný rozdíl nejméně 1,7 V
- Výstup 19,4 V – nejnižší funkční napětí 22,5 V – potřebný rozdíl nejméně 3,1 V
Paralelní zapojení
Jelikož požaduji pro telefony výstupní proud 2 A, obávám se, že měnič takové zatížení dlouho nebude zvládat. Proto jsem se rozhodl zapojit dva měniče paralelně, čímž každý bude zatížen polovinou výstupního proudu. Nastává zde ale problém regulace a přebíjení měničů navzájem. Řešením je dát na každý výstup měničů diodu, která oddělí výstupy od sebe. Nastane tím ale problém s regulací, kdy každá dioda je trochu jiná, a proto každý měnič bude mít za diodou jiné napětí. Tím budou nerovnoměrně zatíženy. Opět je zde řešení. Trimr, který nastavuje velikost zpětné vazby je veden z výstupu měniče. Když bude mít každý měnič svou zpětnou vazbu připojenou za výstupní diodu, bude každý regulovat napětí přesně na chtěnou hodnotu, a to nezávisle na měnícím se úbytku napětí na diodách.
Samozřejmě opět na výstup přidat proti zemi filtrovací kondenzátor.
Závěrem
Měnič funguje velice dobře, ale má jisté chyby. Jednou chybou je filtrace, kterou jsem myslím dostatečně probral. Dalším menším problémem je nutnost pomalu měnit výstupní napětí, protože zpětná vazba nereaguje moc rychle, a pokud se změní skokově, tak měnič padne do stavu kdy přestane reagovat na zpětnou vazbu. Obecně se napětí špatně reguluje, protože trimr má jen jednu otočku a ještě k tomu funguje jen od nuly do poloviny. Na druhou polovinu jeho otáčky jde napětí opět zpět dolů.
Měnič je perfektně jednoduchý, malý a dostatečně výkonný. Jeho zapojení je základní, proto je dobré jej doplnit o filtrační kondenzátory a zatěžovat jej maximálně 2/3 udávaného výstupního proudu. Při tomto provozu se dokáže uchladit. Díky jeho velikosti nemá žádné svorky, ale pouze dvě pájecí zdířky pro každý pól. Nepochopitelně Čína frézuje označení měniče, i když fotografie prodejce normálně mají s nevyfrézovanými chipy. Účinnost je v případě použití vlastní filtrace velmi dobrá a dosahuje více než 80 %. Při malých proudech bez vlastní filtrace padá efektivita na 50 %. Za aktuální cenu 60 Kč / 5 ks je mohu jedině doporučit, kdyby jen na zkoušení a testování.
Pokud se vám recenze a testování líbilo budu rád za sdílení nebo like 😉 .
Buďte první kdo napíše komentář