Последним временем DC-DC преобразователь завоевал высокую популярность в различных сферах электроники. Широкое распространение они получили благодаря минимальным габаритам и относительно высокому коэффициенту полезного действия, поэтому повсеместно используются в качестве ключевого элемента питания различных гаджетов.

На сегодняшний день в мировой сети достаточно легко найти множество различных обзорных видео по конкретной серии преобразователя, а рассмотрим его принцип работы.

Первым делом заметим, что DC-DC преобразователь предназначен для преобразования постоянного напряжения одной величины в постоянное другой величины. DC расшифровывается, как direct current , что в переводе с английского обозначает постоянный ток. Преобразователи такого типа еще называют импульсными, поскольку последние отбирают энергию с источника питания порциями или же импульсами.

В зависимости от величины выходного напряжения по отношению ко входному они разделяются на три типа:

— понижающие (buck) – величина выходного напряжения меньше величины входного;

— повышающие (boost) – значение выходного напряжения больше входного;

— понижающе-повышающий (buck-boost) – способны как повышать, так и понижать выходное напряжение относительно входного.

Мы подробно рассмотрим принцип работы только двух первых типов, как получивших наибольшее распространение. И вкратце затронем третий тип.

Понижающий DC — DC преобразователь

Вначале воспользуемся упрощенным вариантом схемы понижающего преобразователя (рис.1 ). Она состоит из источника питания постоянного напряжения U ип , нагрузки в виде резистора R н и ключа K . В реальных схемах ключом является транзистор, а в рассмотренных далее преобразователях ним очень часто служит n-канальный полевой транзистор.

Рис. 1 – Упрощенная схема DC-DC преобразователя

Допустим, что в начальный момент времени ключ K разомкнут, следовательно напряжение на нагрузке R н равно нулю U ип= 0 . В следующий момент времени ключ K замкнут и напряжение на нагрузке равно источнику питания, а в цепи будет протекать ток I (рис. 2 ). Дальше ключ снова разомкнется и все повторится. Таким образом на нагрузке будет напряжение в виде импульсов. Если время импульса и пазы одинаково, то среднее напряжение на нагрузке будет равно половине от источника питания (рис. 3 ). Если время длительности импульса превышает длительность паузы, то повысится и среднее напряжение на нагрузке. Форма ток при чисто активной нагрузке будет повторять форму напряжения. Поэтому ток на нагрузке имеет прерывистый характер. А это значит, что если к выходу такого преобразователя подключить лампу, то при низкой частоте переключений ключа, она бы мерцала.

Рис. 2 – Путь протекания тока при замкнутом ключе

Рис. 3 – График напряжения но выходе преобразователя

Как видно, такая схема не может обеспечить качественное выходное напряжение, а следовательно и ток, протекающий в цепи нагрузки.

Для устранения этого недостатка и сглаживания пульсаций, вызванных работой полупроводникового ключа, применяется (рис. 4 ). Рассмотрим его работу в схеме.

Рис. 4 — Внешний вид выходного конденсатора на плате DC-DC преобразователя

Назначение конденсатора в DC-DC преобразователе

Когда ключ замкнут (рис. 5 ) конденсатор заряжается и накапливает энергию электрического поля, которая равна

Wэ=CU 2 /2 [Дж].

А когда ключ разомкнут (рис. 6 ), т. е. в момент паузы, накопленная энергия отдается нагрузке. В этот момент конденсатор служит источником напряжения для нагрузки. Поэтому в момент паузы напряжение не «проваливается», а поддерживается почти на одном уровне (рис. 7 ). За счет этого устраняются пульсации. Чем больше емкость конденсатора, тем лучше сглаживаются пульсации.

Рис. 5 — Путь протекания тока в замкнутой цепи с конденсатором

Рис. 6 — Путь протекания тока в цепи с конденсатором

Рис. 7 — Упрощенная форма напряжения на конденсаторе

Однако непосредственно подавать напряжение на конденсаторы большой емкости крайне нежелательно. Это объясняется тем, что в момент подключения конденсатора к нагрузке (когда ключ замкнут) ток заряда его ничем не ограничен (внутреннее сопротивление источника питания мы не берем в счет). Поэтому за короткий промежуток времени он может достигнуть огромной величины, что может привести к нежелательным последствиям.

Резистор в помощь конденсатору

Наиболее простой способ ограничить ток заряда конденсатора – это последовательно к нему подключить (рис.8, 9 ). С увеличение сопротивления резистора будет увеличиваться время заряда конденсатора и соответственно снизится амплитуда зарядного тока.

Рис. 8 — Путь протекания тока в цепи с резистором

Рис. 9 — Контур разрядного тока конденсатора

Однако и его применение вносит недостаток в схему. Поскольку он постоянно включен в цепь, то в нем всегда возникают потери энергии, что отрицатель сказывается на КПД. Поэтому даже в маломощных DC-DC преобразователях вместо резистора применяется катушка индуктивности (рис. 10 ). Рассмотрим подробнее ее работу.

Рис. 10 — Катушка индуктивности на плате DC-DC преобразователя

Назначение катушки индуктивности в DC-DC преобразователе

В момент замыкания ключа (рис. 11 ) начинает нарастать ток, протекающий через катушку. За счет этого в ней возникает ЭДС самоиндукции, которая направлено встречно току и препятствует мгновенному его нарастанию. Таким образом ток в цепи с индуктивностью мгновенно вырасти (изменится) не может. В электротехнике это называется 1-й закон коммутации.

Рис. 11 — Путь протекания тока в схеме преобразователя с катушкой

Благодаря этому полезному свойству катушки индуктивности снижается зарядный ток конденсатора.

По мере достижения установившегося режима ЭДС самоиндукции снижения до нуля. Поэтому препятствие для протекания тока создает лишь активное сопротивление катушки. Его величина значительно меньше сопротивления того резистора, который бы применялся вместо катушки индуктивности. Следовательно КПД DC-DC преобразователя повысится.

Катушка, как и конденсатор, обладает свойством накапливать энергию. Эта энергия запасается в виде магнитного поля W м и зависит от индуктивности L и величины протекающего тока I :

Wм=LI 2 /2 [Дж] .

Однако при размыкании цепи (рис. 12 ), в отличие от конденсатора, который сохраняет накопленные заряды на свои обкладках, катушка не может продолжать хранить запасенную энергию магнитного поля. Поэтому она преобразуется в тепловую энергию в виде электрической дуги или искры, проскакивающей между размыкающимися контактами. Поскольку у полупроводниковых элементов отсутствуют какие-либо размыкающие или замыкающие контакты, а переключения происходят за счет иных процессов, то во время размыкания цепи на полупроводниковом ключе возникают сильные перенапряжения.

Рис. 12 — Процесс размыкания цепи с катушкой индуктивности

Величина перенапряжений может в несколько раз превышать номинальное рабочее напряжение. Это опасно тем, что может произойти пробой ключа и повредится изоляция находящихся рядом элементов.

Для устранения этого недостатка и защиты полупроводникового ключа применяется обратный диод (рис. 13 ). Еще его называют защитный диод.

Рис. 13 — Внешний вид обратного диода на плате DC-DC преобразователя

Обратный | защитный диод

Рассмотрим его работу в преобразователе.

Когда ключ К замкнут ток протекает от плюса источника питания через катушку и нагрузку на минус (рис. 14 ). Так же происходит заряд конденсатора С , но нам это сейчас не столь важно. Через диод ток не протекает, поскольку он включен в обратном направлении. В это же время запасает энергию катушка индуктивности.

Рис. 14 — Путь протекания тока в цепи с обратным диодом

При размыкании цепи (рис. 15 ) ключом К , катушка продолжает питать током нагрузку за счет накопленной катушкой энергии магнитного поля, а обратный диод создает путь для протекания этого тока.

Рис. 15 — Защитный диод в схеме DC-DC преобразователя

Таким образом при размыкании ключа К катушка индуктивности служит источником тока, который протекает в цепи благодаря наличию диода.

Как видно в такой схеме, переключения ключа не влекут за собой значительных перенапряжений.

Схема понижающего DC — DC преобразователя

Осталось рассмотреть еще некоторые элементы DC-DC преобразователя (рис. 16…19 ).

Для снижения помех в источнике питания, которые вызваны работой полупроводникового ключа, применяется также входной конденсатор C 1 .

Рис. 16 — Входной конденсатор на плате DC-DC преобразователя

Частота переключений (коммутации) ключа задается генератором. При управлении плевых транзистором FOSFET еще необходим драйвер. Основной задачей драйвера является преобразование выходных импульсов генератора частоты в более мощные импульсы для гарантированного открытия транзистора.

Для поддержания заданного значения напряжения на нагрузке, которое может изменятся как при колебаниях входного напряжения, так и величины самой нагрузки, необходима еще система управления генератором частоты.

Чтобы система управления функционировала ей необходимо знать текущее значение выходного напряжения преобразователя, т. е. напряжение на нагрузке. Оно может быть снято с одной точки потенциала (рис. 17 ) или с делителя напряжения (рис. 18 ).

Рис. 17 — Структура системы управления DC-DC преобразователя

Рис. 18 — Обратная связь с резисторного делителя напряжения

Связь между системой управления и напряжение на нагрузке называется обратной связью.

Если в преобразователе есть возможность регулировать выходное напряжение, то в плече делителя напряжения используется подстроечный резистор (рис. 19 ).

Рис. 19 — Обратная связь с подстроечного резистора

Такую структуру имеет понижающий DC-DC преобразователь.

Схема DC — DC повышающего преобразователя

Все компоненты повышающего DC-DC преобразователя выполняют точно такие же функции, что и в уже рассмотренном понижающего типа. Однако отличается структура построения схемы. Вкратце рассмотрим принцип ее работы.

При замкнутом ключе К (рис. 20 ) практически весь ток протекает через катушку индуктивности. Она собой накоротко замыкает источник питания. Но длительность этого короткого замыкания достаточно короткая, что не приводит к опасным последствиям. При этом ток значительно возрастает, а энергия магнитного поля, накапливаемая в катушке, зависит в квадрате от тока, протекающего через нее Wм=LI 2 /2 . За счет большего тока в повышающем DC-DC преобразователе катушка индуктивности запасает гораздо больше энергии, чем в понижающем.

Рис. 20 — Схема повышающего DC-DC преобразователя

При размыкании ключа К (рис. 21 ) эта энергия расходуется на заряд конденсатора и на питание нагрузки. Но при этом энергия катушки не иссекается, поскольку подпитывается от источника питания. За счет запасенной энергии в катушке увеличивается зарядный ток конденсатора. Поскольку электрический ток I – это количество зарядов Q за единицу времени t

I = Q / t ,

то с увеличением, тока за одинаковое время, конденсатор накопит большее количество зарядов Q . А напряжение на конденсаторе прямо пропорционально зависит от количества зарядов и емкости

U = Q/ С.

Следовательно оно также возрастет.

Рис. 21 — Работа повышающего DC-DC преобразователя

Поэтому при увеличении зарядного тока конденсатора, возникающем за счет дополнительной энергии катушки, напряжение на конденсаторе становится выше чем источника питания.

Схема DC — DC понижающе-повышающего преобразователя

Как говорит само за себя название, такой преобразователь способен понижать и повышать входное напряжение. Однако при этом выходное напряжение имеет противоположную полярность относительно входного.

Схема его работает следующим образом. При замкнутом ключе К (рис. 22 ) ток протекает по пути: плюс источника питания, ключ, катушка индуктивности, минус источника питания. В этот отрезок времени ток через нагрузку не протекает, поскольку путь тока блокируется диод VD, который включен в обратном направлении по отношению к источнику питания.

Рис. 22 — Схема DC-DC понижающе-повышающего преобразователя

При разомкнутом ключе К (рис. 23 ) энергия, запасенная в катушке, расходуется на подзарядку конденсатора C и на нагрузку R н . Ток протекает по цепи: катушку индуктивности, конденсатор и нагрузка, обратный диод и снова возвращается к катушке.

Рис. 23 — Работа понижающе-повышающего преобразователя

Обратите внимание, что конденсатор такого преобразователя имеет противоположную полярность, по сравнению с повышающим и понижающим преобразователем.

Микросхема LM 2596 (понижающий преобразователь)

Рассмотрим реальную схему понижающего DC-DC преобразователя (рис.24 ) на базе микросхемы LM2596.

Рис. 24 — Схема из даташита LM2596

Посмотрев внимательно на схему мы заметим, что она содержит все ранее нами рассмотренные элементы. Внутри микросхемы имеется полевой транзистор, генератор импульсов, частота которых 150 Гц, драйвер и система управления. Корпус микросхемы имеет пять выводов и выполнен для установки на радиатор. Первый вывод является входом, а второй – выходом. Третий – это земля. Четвертый вывод служит обратной связью между системой управления и текучим значение выходного напряжения. Подачей соответствующего уровня напряжения на пятый вывод микросхеме разрешается либо запрещается формирование импульсов.

Микросхема XL 6009 (повышающий преобразователь)

Теперь давайте заглянем в даташит микросхемы XL6009 (рис. 25 ). Нас интересует схема повышающего преобразователя. В ней мы видим все нам уже известные элементы, кроме двух конденсаторов емкостью 1 мкФ (на схеме обозначены 105). Они применятся для сглаживания высокочастотных пульсаций, поскольку встроенный в микросхему генератор работает на частоте 400 кГц.

Рис. 25 — Схема из даташита XL6009

Как и предыдущая, данная микросхема XL6009 имеет пять выводов:

1 – «земля»;

2 – разрешающий вывод;

3 – выход встроенного транзистора;

5 – обратная связь.

В данной схеме обратной связью служит напряжение, снятое с делителя напряжения, выполненного на двух резисторах R1 и R2.

Выводы

Изучив принцип работы DC-DC преобразователя и назначение его основных элементов мы еще убедились в том, что рассмотренные нами схемы повсеместно применяются при изготовлении реальных устройств.

Двухтактный генератор импульсов, в котором за счет пропорционального токового управления транзисторами существенно уменьшены потери на их переключение и повышен КПД преобразователя, собран на транзисторах VT1 и VT2 (КТ837К). Ток положительной обратной связи протекает через обмотки III и IV трансформатора Т1 и нагрузку, подключенную к конденсатору С2. Роль диодов, выпрямляющих выходное напряжение, выполняют эмиттерные переходы транзисторов.

Особенностью генератора является срыв колебаний при отсутствии нагрузки, что автоматически решает проблему управления питанием. Проще говоря, такой преобразователь будет сам включаться тогда, когда от него потребуется что-нибудь запитать, и выключаться, когда нагрузка будет отключена. То есть, батарея питания может быть постоянно подключена к схеме и практически не расходоваться при отключенной нагрузке!

При заданных входном UВx. и выходном UBыx. напряжениях и числе витков обмоток I и II (w1) необходимое число витков обмоток III и IV (w2) с достаточной точностью можно рассчитать по формуле: w2=w1 (UВых. - UBх. + 0,9)/(UВx - 0,5). Конденсаторы имеют следующие номиналы. С1: 10-100 мкф, 6.3 В. С2: 10-100 мкф, 16 В.

Транзисторы следует выбирать, ориентируясь на допустимые значения тока базы (он не должен быть меньше тока нагрузки!!! ) и обратного напряжения эмиттер - база (оно должно быть больше удвоенной разности входного и выходного напряжений!!! ) .

Модуль Чаплыгина я собрал для того, чтобы сделать устройство для подзарядки своего смартфона в походных условиях, когда смартфон нельзя зарядить от розетки 220 В. Но увы... Максимум, что удалось выжать, используя 8 батареек соединенных параллельно, это около 350-375 мА зарядного тока при 4.75 В. выходного напряжения! Хотя телефон Nokia моей жены удается подзаряжать таким устройством. Без нагрузки мой Модуль Чаплыгина выдает 7 В. при входном напряжении 1.5 В. Он собран на транзисторах КТ837К.

На фото выше изображена псевдокрона, которую я использую для питания некоторых своих устройств, требующих 9 В. Внутри корпуса от батареи Крона находится аккумулятор ААА, стерео разъем, через который он заряжается, и преобразователь Чаплыгина. Он собран на транзисторах КТ209.

Трансформатор T1 намотан на кольце 2000НМ размером К7х4х2, обе обмотки наматывают одновременно в два провода. Чтобы не повредить изоляцию об острые наружные и внутренние грани кольца притупите их, скруглив острые края наждачной бумагой. Вначале мотаются обмотки III и IV (см. схему) которые содержат по 28 витков провода диаметром 0,16мм затем, так же в два провода, обмотки I и II которые содержат по 4 витка провода диаметром 0,25мм.

Удачи и успехов всем, кто решится на повторение преобразователя! :)

Собрал недавно один цифровой прибор на микроконтроллере, и встал вопрос о его питании в походных условиях, ему надо напряжение 12 вольт, а ток примерно 50 мА. Тем более, он очень чувствителен к пульсации напряжения и из нескольких импульсных блоков питания, от какой-то аппаратуры он работать не захотел. Поискав в интернете, нашел один из самых оптимальных и дешевых вариантов: повышающий преобразователь DC-DC на микросхеме MC34063 . Для расчёта можно использовать программу - калькулятор. Вставил параметры которые нужны (он может работать как повышающий и понижающий) и получил вот такой результат:

Напряжение питания микросхемы не должно превышать 40 вольт, а ток не более 1.5 А. Печатные платы есть в сети и под smd детали, но у меня их нет в наличии, поэтому решил делать свою. Обратите внимание, что там нарисованы два сопротивления по 0.2 Ом. У меня был только 5-ти ваттный, поэтому и делал под него, но если бы нашел по меньше впаял бы в другое место, а лишнее отрезал.

Вместо сопротивления на R1- 1.5 кОм, поставил подстроечный на 5 кОм, чтобы регулировать выходное напряжение. Кстати, регулирует в довольно приличных пределах от 7 до 16, можно и больше но конденсатор выходной стоит на 16 вольт, поэтому дальше не поднимал.

А теперь коротко работе преобразователя. Подал 3 вольта, отрегулировал (R1) выход 12 вольт - и это напряжение он держит при снижении питания до 2.5 вольта, и поднятии до 11 вольт!

Остаётся ещё добавить, что при питании от 2,5 В и нагрузке 20 мА, схема потребляет 220 мА. Другие характеристики, а также чертёж печатной платы, вы можете посмотреть на форуме.

Обсудить статью ПОВЫШАЮЩИЙ DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Сегодня я напишу не только о товаре, который я тестировал, а и о том, как иногда бывает, когда планируешь одно, а выходит почему то совсем другое.
В общем кому интересно, прошу под кат.

Недавно коллега ksiman выкладывал «половинки» этого преобразователя, той же платки, только без устройства индикации, потому отчасти эти обзоры дополняют друг друга.
В комментариях я упомянул о том, что также планирую сделать обзор на эту плату. В обзоре писалось, что все закончилось не очень хорошо (а вернее совсем плохо). У меня также все было не очень гладко, хотя закончилось лучше, но об этом чуть позже, а пока перейду к обзору своего варианта этого DC-DC преобразователя.

В общем увидел я такой себе мелкий DC-DC преобразователь и захотел пощупать, что он из себя представляет. Заказал на обзор, через некоторое время получил, но как то некогда было с ним разбираться и я в общем пока отложил его.

Через некоторое время дошли у меня наконец то руки, сделал некоторое количество фотографий, ощупал, осмотрел.
Пришел он в небольшом запаянном пакете.

Сам по себе небольшой, размером меньше спичечного коробка.
При этом производитель заявляет следующие характеристики:
Input voltage: 5V-30V
Выходное напряжение: 0.8V-29V
Выходной ток: максимум 5A (Требуется радиатор при токах более 3A)
КПД преобразования: 95% (максимум)
Частота преобразования: 300KHz
Выходные пульсации: 50mV (максимум)
Рабочая температура: -40℃ to +85℃
Размер: 51 x 26.3 x 114

По бокам находятся разъемы для подключения к блоку питания и к нагрузке.
Сборка аккуратная, тут ничего плохого точно не скажу.

Сверху находятся два подстроечных резистора, один регулирует ток, второй соответственно напряжение.
Ток регулируется в диапазоне 0.06-5.5 Ампера.
Напряжение в диапазоне 0.82-30 Вольт
Также около подстроечных резисторов находится красный светодиод индикации перехода в режим стабилизации тока.

Обратная сторона платы можно сказать «голая», присутствует только шунт в виде резистора сопротивлением 50мОм.
Кстати сразу замечу, что в устройствах такого типа, где тепло с микросхемы отводится на плату, для лучшей передачи тепла вообще принято делать много переходов с металлизацией между сторонами платы. Здесь этого, к сожалению, не сделано. Потому установка радиатора с обратной стороны неэффективна.

Как я выше писал, состоит преобразователь из двух плат. DC-DC преобразователь ничем не отличается от преобразователя из вышеуказанного мною . Отличие этих двух модификаций в том, что к моему была прицеплена плата индикации.
Причем подключается она через монтажные стойки.
Левые две - вход платы преобразователя, правые соответственно к выходу.
Такое подключение позволяет контролировать напряжение на выходе и измерять протекающий ток.
Конструкция получается весьма удобной и простой.

Преобразователь собран с использованием ШИМ контроллера XL4005E1. Это ШИМ контроллер рассчитанный на 5 Ампер выходного тока и входное напряжение до 32 Вольт.
Судя по даташиту весьма неплохая микросхема, но как показала практика, весьма «нежная».
Также стоит отметить диод SK86, судя по он имеет максимальный ток в 8 Ампер. Если честно, мне непонятно как он может рассеивать мощность, которая на нем выделяется при таком токе.
Но в любом случае производитель поставил довольно мощный диод, частенько ставят что нибудь похуже.

На этом фото видно часть, отвечающую за регулировку ограничения тока и индикации окончания заряда (справа видно два небольших светодиода).
Схему блока питания можно увидеть в коллеги Ksiman-а, за что ему большое спасибо:)

Сверху расположены два индикатора.
Верхний, синего цвета, отображает выходное напряжение, до 10 Вольт отображает в формате 1.23, выше 10 Вольт- 23.4. Последний разряд отображает символ - V
Нижний индикатор, красного цвета, отображает выходной ток в формате 1.23, последний разряд отображает символ - А.
Слева присутствует разъем RX-TX. Это была одна из причин, почему я заказал эту плату, хотелось попробовать подвязать ее к компьютеру, но увы, ничего не вышло:(
Назначение правого разъема мне вообще непонятно.

Плата собрана скажем так, на троечку, вроде и нормально, но явно видна некоторая неаккуратность.

На плате установлены:
Микроконтроллер
Сдвиговый регистр для управления индикатором
Предположительно операционный усилитель sgm8592y
Стабилизатор напряжения 7130H

А вот теперь небольшой нюанс. Это вторая плата, первая умерла смертью храбрых в ходе тестирования и подготовки обзора. Я не могу сказать точно от чего она умерла, но выглядело это так - Входное напряжение около 28-29 Вольт, к выходу прицеплен резистор 10 Ом, я плавно повышаю напряжение на резисторе при помощи подстроечного резистора платы, потом небольшой щелчок и на выходе входное напряжение, пробой силового транзистора.
Возможно брак, возможно какие то пульсации или еще что то, но я бы не советовал задирать сильно входное напряжение, хотя по даташиту и указано 32 Вольта и максимальное 35 Вольт.
Лучше ограничить на уровне 25-27 Вольт.
После этого я заказал вторую плату, так как по подготовке к обзору было сделано уже довольно много.

При первом включении плата настроена на выходное напряжение около 5 Вольт. Ток около 1 Ампера.
На фото плата подключена к 24 Вольта блоку питания из моего недавнего .
Если выкрутить подстроечный резистор регулировки напряжения на максимум, то выходное напряжение на холостом ходу равно входному.

Особо расписывать по плате вроде и нечего, потому перейду к тестированию.
В тестировании будут принимать участие:
Обозреваемая плата.
на 24 Вольта.
Бесконтактный

Электронная
Ручка и бумажка:)

Методика тестирования была такой:
Измерялся нагрев и пульсации выходного напряжения при следующих установленных напряжениях 5-10-15-20 Вольт, при каждом напряжении задавались токи нагрузки 1-2-3 Ампера.
Сначала измерялись характеристики при 5 Вольт, под током 1-2-3 Ампера, с интервалом 10 минут, после этого плата остывала до комнатной температуры и цикл повторялся, но уже со следующим напряжением. Итого вышло 12 измерений.
Проблем добавляла динамическая индикация, приходилось делать кучу снимков чтобы потом выбрать такой, на котором видно максимальное количество разрядов индикатора. Вообще индикация имеет довольно низкую частоту переключения разрядов, мерцание немного но заметно.
Первая проверка на холостом ходу, пульсации практически отсутствуют.
Делитель щупа осциллографа стоит в положении 1:1.

3. 5 Вольт 3 Ампера
4. 10 Вольт 1 Ампер

5. 10 Вольт 2 Ампера
6. 10 Вольт 3 Ампера

7. 15 Вольт 1 Ампер
8. 15 Вольт 2 Ампера

9. 15 Вольт 3 Ампера
10. 20 Вольт 1 Ампер

11. 20 Вольт 2 Ампера
12. 20 Вольт 3 Ампера

Весь цикл проверки занял около 3.5 часа.
Полученные температурные режимы:
Контролировалась температура ШИМ контроллера, диода, дросселя и выходного конденсатора.
Когда испытывал, то решил проверять на 3 Ампера, как было написано на странице магазина, решил что спалю, так спалю, будет пара таких лежать. Но эксперимент показал, что преобразователь вышел и микруха не ушла в защиту, максимально достигнутая температура у ШИМ контроллера была 110.2 градуса.

На фото выше вы можете увидеть заводской блок питания на 24 Вольта. Но так как была эпопея с перезаказом платы, то как вы понимаете, заниматься я начал этим устройством довольно давно, и заводского блока питания у меня в наличии еще не было, потому пришлось делать самому.
Да и заводской БП по моим прикидкам не очень лез в выбранный мною корпус, хотя гораздо проще использовать именно заводской.
БП моей конструкции я уже описывал в одном из , это та же плата, но некоторые элементы установлены больше\мощнее. Если интересно, то могу выложить схему здесь со всеми изменениями.
Мысли в слух, может стоит заняться производством конструкторов.....:)

Подготовил для сборки такой себе «конструктор»:)

Так как изначально я все таки рассчитывал на примерно 25-28 Вольт и 3 Ампера, то БП делал с запасом, Ватт на 90-100. А так как один из ключевых элементов, габарит которого напрямую зависит от мощности, это трансформатор, то и его выбрал с запасом.
Правда плата не была рассчитана под такой размер, но с некоторыми ухищрениями я его таки всунул:)

Вышел такой себе аккуратный трансформатор.

Еще одной из проблем было то, что мне надо в районе низковольтной части добиться минимальной толщины, чтобы элементы блока питания не мешали плате преобразователя.
Из-за этого часть элементов пришлось положить.
Плата получилась немного некрасивой, но все элементы соответствуют расчетной мощности, мне это было главнее.
Радиатор выходного диода представлял собой алюминиевую пластинку, стоящую вдоль длинной стороны, для безопасности я изолировал его в районе расположения оптрона обратной связи.
На этом фото его еще нет.
Радиатор ШИМ контроллера отрезан из специального профиля (покупал как то с метр, плата страссирована под два типа радиаторов)

Блок питания получился габаритами гораздо больше чем плата преобразователя.

Но и тут не все было просто.
Часть элементов у меня была в наличии, как у любого запасливого радиолюбителя, а часть элементов надо было купить.
В список покупок попала и микросхема ШИМ контроллера.
Программа расчета импульсного БП рекомендовала мне использовать TOP249. Но как то так совпало, что магазин, где я обычно покупаю, был закрыт и я пошел в другой, но там 249 не было, но был 250, он немного мощнее. Я подумал что ничего страшного, куплю.
Когда произвел первое включение БП, то не подавал признаков жизни, вообще.
Единственное что было, это напряжение 5 Вольт на управляющей ноге ШИМ контроллера, оно там и должно быть, но ШИМ контроллер не стартовал.
Так как я собрал довольно много разных блоков питания, то прекрасно знал, что вся остальная схема в полном порядке, да и при непорядках в остальной части ведет она себя по другому, делая попытки запуска. Но здесь было тихо.
Порывшись в запасах, я нашел ШИМ контроллер послабее, TOP247, поставил его и БП завелся с пол пинка.
Получается что купил подделку. Если есть кто то из Харькова, то могу сказать где НЕ надо покупать.
Причем фейковая микруха имеет лазерную маркировку, а нормальная - маркировку краской.

В общем поборов очередную проблему я приступил к дальнейшей сборке.
Собрал в кучку все необходимое, клеммы, переменные резисторы и ручки к ним, провода, выключатель питания.

Резистор регулировки напряжения подключается двумя проводами, тока - тремя.
Так как вышепроведенный эксперимент показал, что плата не дает нормально даже 3 Ампера, то я решил сделать ограничение на 2 Ампера, а так хотелось 3:(
Для этого я поставил параллельно крайним контактам переменного резистора постоянный резистор на 5.1 КОм. Получился максимум регулировки до примерно 2.3 Ампера.
Диапазон регулировки напряжения я так же ограничил, и таким же способом, но номинал поставил 51КОм, получилось около 26 Вольт.
Заодно вышепроведенные операции немного растянули шкалу регулировки и стало удобнее пользоваться,

Дальше я разметил и рассверлил/вырезал все необходимые отверстия, под индикатор, переменные резисторы, клеммы, кабель питания и выключатель.

В последний момент чуть не забыл подключить провода к плате. Дело в том что я плату думал приклеить, соответственно провода потом не подключить.

Плата, резисторы и клеммники установлены. Большая честь внутренностей стоит буквально впритык, но все влезло:)

Провода к блоку питания припаиваются непосредственно перед его установкой.
Если бы это был заводской блок питания, было бы удобнее, там уже есть клеммы.

Стягиваем входные провода стяжками, чтобы не лезли к радиатору, компонуем остальные и можно закрывать.

Все, блок питания практически готов, очень нехватает темного стекла на индикатор.
На самом деле показания читаются лучше, чем получилось на фото. Со вспышкой видно выключенные сегменты, а без вспышки индикатор начинает слепить, так что лучше фото сделать у меня не вышло, уж извините.
Управление не подписывал, в принципе все сделал максимально логично, синий индикатор - напряжение, соответственно его регулирует переменник с синей ручкой, аналогично ток.
Вывел на панель индикацию режима ограничения тока, два светодиода с индикации режима заряда не выводил, не вижу в них смысла.

Ограничение тока получилось на уровне 2.23 Ампера, думаю что в таком режиме плата будет работать без проблем.
Хотел сначала прицепить к плате радиатор, но потом понял всю бессмысленность данной идеи, так как греется и дроссель, который надо увеличивать и диод с микросхемой, а тепло на обратную сторону платы передается слабо.

Кстати насчет дросселя, теоретически эта плата с охлаждением должна была выдать 30 Вольт 5 Ампер, это 150 Ватт. Формально это половина он моего лабораторного 300 Ватт блока питания, только вот если зайти в его и примерно сравнить габариты силовых элементов, то разница как говорится налицо. Эта плата даже теоретически не сможет выдать 5 Ампер, разве что с другим дросселем и при низком выходном напряжении.

И так резюме:
Плюсы .
Аккуратное изготовление, не отличное, но вполне хорошее.
Преобразователь прошел проверку на токе до 3 Ампер, хотя и с большими температурами.
Точность измерения тока и напряжения вполне неплохая, особых нареканий не вызвала.
Низкий уровень пульсаций, максимально зарегистрировано около 60мВ при частоте работы 300КГц.
Компактная конструкция.

Минусы .
Большой нагрев на токах более 2-2.5 Ампер.
Следует аккуратно относиться к превышению входного напряжения или поставить защитный супрессор по входу.
Дроссель намотан тонким проводом

Мое мнение, на токах до 2 Ампер можно вполне нормально эксплуатировать. Несколько расстроило то, что не смог разобраться с сигналами RF/TX. Преобразователь вполне можно доработать «малой кровью», перемотать дроссель более толстым проводом с уменьшением количества витков раза в 1.5, либо заменить на более мощный (это лучше). Заменить диод на более мощный, а еще лучше еще и вынести его, хотя бы на обратную сторону платы, улучшится тепловой режим работы.
Заявленный КПД в 95% вряд ли достижим, но думаю что реальный где то рядом, но с большой оговоркой, при определенном режиме работы. При токе в 3 Ампера на плате выделялось около 4 Ватт тепла (ориентировочно), что дается нам очень низкий КПД при 5 Вольт выходных. С повышением выходного напряжения КПД постепенно растет, хотя у СтепДауна не должно быть такой крутой зависимости.
В общем что можно сказать, потратил деньги на запчасти, кучу времени на сборку платы БП, сборку всего этого вместе, но в результате получил БП с характеристиками:
Выходное напряжение - 0.85-24 Вольта.
Выходной ток - 0.06-2.25 Ампера.
Негусто, но имеет право на жизнь, просто блок питания можно было не делать такой мощности.

Надеюсь что предоставленная мною информация была полезна.

Товар предоставлен для написания обзора магазином.

Иногда надо получить высокое напряжение из низкого. Например, для высоковольтного программатора, питающегося от 5ти вольтового USB, надыбать где то 12 вольт.

Как быть? Для этого существуют схемы DC-DC преобразования. А также специализированные микросхемы, позволяющие решить эту задачу за десяток деталек.

Принцип работы
Итак, как сделать из, например, пяти вольт нечто большее чем пять? Способов можно придумать много — например заряжать конденсаторы параллельно, а потом переключать последовательно. И так много много раз в секунду. Но есть способ проще, с использованием свойств индуктивности сохранять силу тока.

Чтобы было предельно понятно покажу вначале пример для сантехников.

Фаза 1

Заслонка резко закрывается. Потоку больше деваться некуда, а турбина, будучи разогнанной продолжает давить жидкость вперед, т.к. не может мгновенно встать. Причем давит то она ее с силой большей чем может развить источник. Гонит жижу через клапан в аккумулятор давления. Откуда же часть (уже с повышеным давлением) уходит в потребитель. Откуда, благодаря клапану, уже не возвращается.

Фаза 3

И вновь заслонка закрывается, а турбина начинает яростно продавливать жидкость в аккумулятор. Восполняя потери которые там образовались на фазе 3.

Назад к схемам
Вылезаем из подвала, скидываем фуфайку сантехника, забрасываем газовый ключ в угол и с новыми знаниями начинаем городить схему.

Вместо турбины у нас вполне подойдет индуктивность в виде дросселя. В качестве заслонки обычный ключ (на практике — транзистор), в качестве клапана естественно диод, а роль аккумулятора давления возьмет на себя конденсатор. Кто как не он способен накапливать потенциал. Усе, преобразователь готов!

Фаза 1

Ключ размыкается, но катушку уже не остановить. Запасенная в магнитном поле энергия рвется наружу, ток стремится поддерживаться на том же уровне, что и был в момент размыкания ключа. В результате, напряжение на выходе с катушки резко подскакивает (чтобы пробить путь току) и прорвавшись сквозь диод набивается в конденстор. Ну и часть энергии идет в нагрузку.

Фаза 3

Ключ размыкается и энергия из катушки вновь ломится через диод в конденсатор, повышая просевшее за время фазы 3 напряжение. Цикл замыкается.

Как видно из процесса, видно, что за счет большего тока с источника, мы набиваем напряжение на потребителе. Так что равенство мощностей тут должно соблюдаться железно. В идеальном случае, при КПД преобразователя в 100%:

U ист *I ист = U потр *I потр

Так что если наш потребитель требует 12 вольт и кушает при этом 1А, то с 5 вольтового источника в преобразователь нужно вкормить целых 2.4А При этом я не учел потерь источника, хотя обычно они не очень велики (КПД обычно около 80-90%).

Если источник слаб и отдать 2.4 ампера не в состоянии, то на 12ти вольтах пойдут дикие пульсации и понижение напряжения — потребитель будет сжирать содержимое конденсатора быстрей чем его туда будет забрасывать источник.

Схемотехника
Готовых решений DC-DC существует очень много. Как в виде микроблоков, так и специализированных микросхем. Я же не буду мудрить и для демонстрации опыта приведу пример схемы на MC34063A которую уже использовал в примере .

• SWC/SWE выводы транзисторного ключа микросхемы SWC — это его коллектор, а SWE — эмиттер. Максимальный ток который он может вытянуть — 1.5А входящего тока, но можно подключить и внешний транзистор на любой желаемый ток (подробней в даташите на микросхему).
• DRC — коллектор составного транзистора
• Ipk — вход токовой защиты. Туда снимается напряжение с шунта Rsc если ток будет превышен и напряжение на шунте (Upk = I*Rsc) станет выше чем 0.3 вольта, то преобразователь заглохнет. Т.е. для ограничения входящего тока в 1А надо поставить резистор на 0.3 Ом. У меня на 0.3 ома резистора не было, поэтому я туда поставил перемычку. Работать будет, но без защиты. Если что, то микросхему у меня убьет.
• TC — вход конденсатора, задающего частоту работы.
• CII — вход компаратора. Когда на этом входе напряжение ниже 1.25 вольт — ключ генерирует импульсы, преобразователь работает. Как только становится больше — выключается. Сюда, через делитель на R1 и R2 заводится напряжение обратной связи с выхода. Причем делитель подбирается таким образом, чтобы когда на выходе возникнет нужное нам напряжение, то на входе компаратора как раз окажется 1.25 вольт. Дальше все просто — напряжение на выходе ниже чем надо? Молотим. Дошло до нужного? Выключаемся.
• Vcc — Питание схемы
• GND — Земля

Все формулы по расчету номиналов приведены в даташите. Я же скопирую из него сюда наиболее важную для нас таблицу:

Вытравил, спаял…

Вот так вот. Простая схемка, а позволяет решить ряд проблем.