Схема импульсного преобразователя SEPIC: два варианта выполнения

• Цена: $ 5.77

В сегодняшнем обзоре я хочу рассказать о довольно полезной вещи, универсальном преобразователе напряжения. Что это такое, как работает и что может, как всегда под катом. Некоторое время назад, в одном из моих обзоров я уже упоминал о таком типе преобразователей, и даже собрал для примера один из них, сегодня пришла очередь обзора готового преобразователя такого типа. Для начала буквально пара слов о том, что же это за преобразователь такой хитрый. Обычно преобразователи бывают трех типов. 1. Повышающий 2. Понижающий 3. Инвертирующий Но все они не могут выдавать напряжение выше/ниже чем напряжение источника. Например понижающий из 10 никогда не сделает 12, а повышающий из 20 не сделает 5. Но иногда бывают ситуации, когда входное напряжение в процессе работы может плавать как выше, так и ниже необходимого выходного. Например надо 12 Вольт (к примеру питание жесткого диска или монитора), а питается это все от бортовой сети автомобиля, где может быть и 10 и 14.5. Такую задачу чаще всего решают двумя способами. 1. Повышают до 15-20, а потом понижают до необходимого. 2. Ставят повышающе-понижающий преобразователь, он же Buck-Boost, он же SEPIC. Первый тип уже обозревал коллега Ksiman. Я же расскажу о втором. Сначала немного общей информации. Пришел преобразователь вместе с другим товаром и был упакован просто в пакетик с защелкой. На сайте магазина заявлено Входное напряжение — 4V-35V Выходное напряжение — 1.23V-32V Выходной ток — 3A максимум Максимальная мощность — 25 Ватт Размеры 50 x 25 x 12мм Что означают данные характеристики. Выходной ток не может быть более 3 Ампер при условии что выходная мощность не может быть более 25 Ватт. Т.е. ограничивать надо то, во что раньше «упремся». Можно получить на выходе 10 Вольт 2.5 Ампера (25 Ватт), или 5 Вольт 15 Ватт (3 Ампера). На самом деле характеристики отличаются от заявленных, но об этом немного позже. Выглядит платка вполне аккуратно, видно подстроечный резистор для регулировки выходного напряжения (ток не регулируется и не ограничивается). Также на плате видно два дросселя, один из признаков SEPIC преобразователя, хотя и необязательный. иногда делают один дроссель с двумя обмотками, но он тоже на вид отличается. Ну и печатная платка вид сверху 🙂 Снизу пусто. Видны межслойные переходы, позволяющие отводить тепло на нижнюю сторону платы, но как то расположены они нелогично, скорее всего они больше играют роль именно электрического соединения. А жаль, можно было улучшить тепловой режим, но лучше так, чем никак. Думаю что размеры платы проще понять по такому фото 🙂 Так, с внешним видом закончили, теперь попробуем разобраться подробнее, что же это такое. Мне конечно очень хотелось бы расписать подробно что это и как оно работает. Но все дело в том, что описать совсем просто такой тип преобразователей тяжело, мало того, я даже когда подготавливал материалы к обзору, то натыкался на противоречивые описания. Для начала блок схема собственно этого типа преобразователя. Стоит отметить, что существует два варианта топологии данного типа преобразователя, я приведу ту, к которой относится обозреваемая плата. Дальше я попробую «дать слово» специалистам с большим опытом. В процессе поисков я наткнулся на описание, которое на мой взгляд наиболее точное. Ссылка на оригинал статьи, а ниже я процитирую краткое описание принципа работы. На схеме силовой ключ в состоянии — замкнут. Когда ключ замкнут, входная индуктивность заряжается от источника, а вторая индуктивность заряжается от конденсатора, выходной конденсатор в это время обеспечивает ток нагрузки. В это время энергия в нагрузку не поступает, полярности токов в катушках и напряжений на конденсаторах обозначены на схеме. Тот факт, что обе индуктивности, L1 и L2, при замкнутом ключе отключены от нагрузки, усложняет регулировочные характеристики, как мы увидим далее. После размыкания ключа схема приобретает несколько другой «вид». Когда ключ разомкнут, первая индуктивность заряжает конденсатор С1, а также поддерживает ток в нагрузке, как показано на схеме. Вторая индуктивность в это время также подключена к нагрузке. Если простыми словами, то схема работает за счет взаимной перекачки энергии между компонентами, позволяет как повышать напряжение, так и понижать его. Для лучшего понимания я покажу где на плате все эти элементы. Кстати, один из признаков SEPIC преобразователя — один ключевой элемент (не важно, транзистор или силовой ШИМ) и один диод. Я начертил схему данной платы. номиналы пары компонентов могут немного отличаться от реальных, но в основном все соответствует. Из минусов сразу отмечу то, что подстроечный резистор подключен к выходу, а не к общему проводу. Такое подключение крайне не рекомендуется, так как в случае пропадания контакта при регулировке на выход будет подано максимальное выходное напряжение. Основой данной платы является небольшой ШИМ контроллер, который уже управляет мощным полевым транзистором и контролирует выходное напряжение. В качестве ШИМ контроллера применен FP5139, ссылка на даташит. Данный ШИМ контроллер работает на частоте 500КГц, что весьма неплохо. Диапазон входного напряжения 1.8-15 Вольт, что также приятно, особенно нижний порог в 1.8 Вольта. Думаю прикупить себе отдельно этих микрух. Управляет контроллер полевым транзистором 088N04L, это 40 Вольт, 50 Ампер, 8.8мОм транзистор который может управляться сигналом логического уровня (обычно это 5 Вольт). Также отличительным признаком SEPIC преобразователя является емкий керамический конденсатор. Вообще, SEPIC отличается от других преобразователей тем, что содержит больше компонентов. У классических повышающих, понижающих, инвертирующих преобразователей три основных элемента, но включенных в разной комбинации — дроссель, транзистор, диод. Здесь к этой связке добавлен еще один дроссель и конденсатор. Выходной диод на плате — SK86, весьма неплохой диод, заявлен максимальный ток до 8 Ампер. Дальше я перешел к тестам. Когда собрал такой «стенд», то мне даже жалко стало преобразователь. Порвут ведь как Тузик грелку, подумал я, и как показала практика, не сильно был далек от истины. Первое включение. Сразу расскажу что вообще означает куча цифр на экранах. Слева блок питания. Верхний ряд — Выходное напряжение, выходной ток. Нижний ряд — Выходная мощность, отданное количество мАч в нагрузку (но нам это неважно в данном случае) Справа электронная нагрузка. 1. Установленный ток, Напряжение отключения (в данном случае неважно) 2. Измеренный ток нагрузки, измеренное входное напряжение (выходное напряжение преобразователя). 3. Принятая емкость (неважно в данном случае), мощность нагрузки (ток х напряжение). 4. Неважно. Дальше я погонял преобразователь в разных режимах. Режимы выбирались отчасти спонтанно, параллельно измерял температуру основных компонентов и записывал в табличку. Входное напряжение я не поднимал выше 14 Вольт, ниже расскажу почему так. Судя по результатам измерений температуры я могу сказать, что плата не выдает заявленных характеристик. Но небольшой нюанс. Не выдает она их из-за перегрева, мощности силовых элементов хватает чтобы выдавать их в течении короткого времени, но при длительном перегревается. Можно конечно сделать радиатор, но охлаждать надо транзистор, два дросселя и диод, это сложно 🙁 Кроме того было замечено небольшое снижение выходного напряжения по мере прогрева преобразователя, обусловлено это часто тем, что применены не прецизионные резисторы и их сопротивление«плывет» от нагрева, но изменение не очень большое и им можно пренебречь. Так как данный тип преобразователей отличается от других решения более высоким КПД, то я решил проверить и его. В качестве демонстрации я сделал небольшой эксперимент. Для более наглядной демонстрации я выставлял такой режим работы, чтобы входная мощность была всегда равна 10 Ватт (ну или около того). в таком режиме выходная мощность будет равна КПД преобразователя. На самом деле КПД будет выше, так как в таком варианте не учтены потери на проводах. Но так как они короткие, то врядли погрешность превысит пару процентов. Еще несколько фото в разных режимах, повышение, понижение и с разным значением напряжений. Кстати, по предыдущим фотографиям можно также посчитать КПД. Для этого надо измеренную мощность нагрузки (справа) разделить на измеренную мощность источника (слева). Например на БП 15.45, на нагрузке 12.3. 12.3 / 15.45 = 0.796 Но уже даже так можно сказать, что КПД выше чем у комбинации повышающий + понижающий преобразователь.

Выше я писал что ограничил входное напряжение на уровне в 14 Вольт. Сделано это было не просто так. Дело в том, что я сначала начал тестировать, а только потом перерисовал схему. Изначально я думал что производитель просто сделал все по схеме из даташита и транзистор на плате для управления включением/выключением (кстати, преимущество SEPIC в том, что выход можно отключить, например step-up отключить нельзя) и входное напряжение не должно превышать 15 Вольт (из даташита на контроллер). Хотел еще ругаться что указали диапазон входного 35 Вольт. Но начав разбираться со схемой я понял, что производитель поступил хитрее, он поставил на плате стабилизатор питания на примерно 9.5 В. Я допускаю что так сделано не на всех платах, будьте внимательны. Сбил меня с толку именно регулирующий транзистор стабилизатора так как в схеме из даташита тоже есть транзистор. Кстати, джампер на плате управляет включением/выключением преобразователя. Разобравшись со схемой я решил продолжить тесты, но не успев даже начать я спалил плату. Мощный транзистор ушел в КЗ, я даже не понял как это произошло. Порывшись в загашниках нашел какую то материнскую плату, откуда выпаял полевой транзистор в таком же корпусе. Разница в том, что он только до 30 Вольт 🙁 Быстро перепаял, благо ничего больше из строя не вышло. Кстати. Данный преобразователь в какой то степени является «безопасным», так как при выходе из строя силового транзистора он не подаст на выход полное напряжение питания как в случае с step-down. Как еще один нюанс, данный тип преобразователей имеет выше пульсации на выходе (в сравнении с другими типами), но гораздо меньшие по входу, что дает преимущество при работе от аккумуляторов. А вот дальше я захотел не только продолжить тесты, но и попробовать разобраться, почему вышел из строя транзистор. В процессе тестов было замечено, что чем выше входное напряжение, тем ниже КПД. Например при выходном 15 Вольт КПД составил для входного 20 Вольт 80%, а для 26 Вольт всего 62%. Причем чем выше выходное, тем КПД еще меньше. При 20 Вольт выходного я легко получал входной ток более 2 Ампер и КПД ниже 40%. После этого я вспомнил, что около транзистора была небольшая капелька припоя, которой до пробоя не было, а выходное напряжение после последнего эксперимента составляло 25 Вольт, а я и на входе накрутил почти 30, он даже пискнуть не успел. Т.е. получается что транзистор буквально «спекся». Вызвано это скорее всего тем, что индуктивности начали входить в режим насыщения. SEPIC конечно может работать в широком диапазоне напряжений, но оптимальный диапазон все таки привязан к примененным компонентам и нельзя охватить все. Эксперименты показали, что чем ниже выходное напряжение, тем выше я могу поднять входное. При 10 Вольт на выходе я легко накрутил 27 Вольт на входе, выше поднимать не стал так как максимальное напряжение транзистора всего 30. Вообще это нормально и просто надо учитывать при использовании. Т.е. это скорее особенность чем неисправность. Расписывать плюсы и минусы не буду, думаю все понятно просто из обзора, но немного сведу полученную информацию вместе. 1. Преобразователь работает и обеспечивает КПД выше чем у комбинации повышающий + понижающий преобразователь. 2. Характеристики платы завышены, но при желании можно получить и 3 Ампера, и 25 Ватт, все зависит от комбинации входного и выходного напряжения. 3. Компоненты применены очень неплохие. Но дроссели должны быть рассчитаны на больший ток, а транзистор надо дополнительно охлаждать. 4. Плата содержит стабилизатор питания ШИМ контроллера, благодаря чему входное напряжение может быть увеличено выше 15 Вольт. 5. При определенной комбинации входного и выходного напряжения происходит пробой силового транзистора. 🙁 В общем плата вполне работоспособна, но с некоторыми ограничениями о которых написано выше. Подходит для питания устройств с небольшим потребляемым током в широком диапазоне входного напряжения, но для мощных устройств не пойдет из-за перегрева. В интернете видел небольшой обзор этой платы, там результат немного другой, но скорее непонятно было то, что там указано насчет защиты. У меня она сработала один раз, напряжения на выходе не было пока не отключил питание платы, но как она определяет перегрузку я не понимаю, так как датчиков тока нет, хотя в даташите защита от КЗ заявлена и она срабатывала… Надеюсь что обзор был интересен и полезен, если интересно, могу проверить работу в других комбинациях напряжений.Небольшая скидка Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

• Цена: $0.60

Совсем недавно на глаза мне попался обзор линейных стабилизаторов напряжения на 3.3 Вольта. Я даже принял участие в обсуждении, и как то там затронули тему питания устройств с 3.3 В питанием от литиевого аккумулятора. А так как эта тема пересекалась с одним из моих будущих обзоров, то решил и я поэкспериментировать немного. На самом деле эта тема тянется уже очень давно. По ТЗ мне надо питать устройство с напряжением питания 3.3 Вольта и током потребления около 0.5-0.7 Ампера. питать надо от литиевого аккумулятора. Сначала хотел использовать линейный стабилизатор с ультра малым падением, но потом получил платку SEPIC конвертера и решил копать в этом направлении. Первым делом хотел заказать микросхемы которые применены в готовом преобразователе, но мысль пошла дальше и привела к теме данного обзора и тому, что я в итоге сделал. Так, стоп, что то я забежал далеко вперед, непорядок. Заказано было две платы, вернее два лота. В первом лоте было 5 плат, цена $1.94 за лот или 0.39 за штучку.Но сначала желтый конвертикПришли платы просто в конверте, пришли целыми, но не сказал бы что быстро, примерно за месяц. Платки представляют из себя повышающий DC-DC преобразователь изначально настроенный на 5 Вольт. Продаются просто линейками, если надо, то плату можно легко отломить как кусочек шоколадки. Данный вариант разделения плат называется скрайбирование, в необходимых местах текстолит прорезается почти до нуля и когда надо — отламывается по этой линии. Плата по сути примитивная (ну если не считать что в микросхеме куча элементов). Когда выбирал что заказать, то рассудил так, в крайнем случае применю компоненты по отдельности, даже те же гнезда, они тоже денег стоят. Пайка аккуратная, плата чистая. Но разъем явно припаивали левой задней ногой, полная противоположность пайке с другой стороны, там скорее всего работал автомат. По плате была составлена схема. К слову я немного сделал неправильно, срисовав схему после экспериментов, но об этом позже. Так как плата изначально явно задумывалась для питания от аккумулятора, то для исключения влияния проводов я по входу поставил конденсатор 330мкФ 6.3В. Скажу сразу, все платы запустились без проблем. Небольшой тест платы. Так как платы изначально брались под переделку, то он скорее просто для общего представления. Стартует плата при напряжении чуть больше 1 Вольта, выходное напряжение немного завышено. Слева на всех фотографиях блок питания (левый индикатор — напряжение, правый — ток), справа нагрузка, там индикаторы подписаны. Максимальный выходной ток, который я смог получить от платы при питании 3.6 Вольта составил 0.55 Ампера. При перегрузке микросхема просто уходила в защиту, температура в тестах не поднималась выше 70 градусов. Небольшая справка, для конвертеров сделанных по топологии Step-Up самый тяжелый режим не КЗ, а перегрузка. При КЗ ток ограничен сопротивлением дросселя и падением на диоде, микросхема при КЗ отключена. А вот если защита сделана неправильно, то при перегрузке микросхема либо умрет от перегрева либо от превышения максимального тока силового ключа. Сколько я не экспериментировал, плата работала корректно и при перегрузке уходила в защиту снижая выходное напряжение. Проверил я и то, что творился на выходе преобразователя. На осциллограмме явно видно, что родной конденсатор не справляется с пульсациями, добавление по выходу емкости в 100мкФ сводит пульсации почти на нет. Делитель щупа осциллографа во время всех тестов стоял в режиме 1:1. Как по мне, то преобразователь в исходном виде вполне неплох. продавец декларирует 200мА от 1.5 Вольта питания и 500мА от 3 Вольт питания. В реальности если и будет меньше, то ненамного. Второй лот состоял из одной платы. Отзывы были весьма разными и не всегда хорошими, но так как эта плата также бралась под эксперименты, то мне было все равно. Цена платы 0.6 доллара, ссылка на товар.Еще один желтый конвертикЗдесь продавец уже немного защитил плату, обмотав ее пупыркой, кроме того сама плата находилась в герметичном антистатическом пакетике. Заказана была одновременно с предыдущим лотом, и что самое удивительное. пришла также одновременно, вернее в один день. Изначально я искал микросхему повышающего преобразователя с более-менее нормальными параметрами. Но поиск вывел в итоге меня на платы с этой микросхемой, которые стоили ненамного дороже, но при этом на них уже была и микросхема и дроссель и еще всякая мелкота. Здесь уже нет разъема, так как плата изначально позиционируется как универсальный повышающий преобразователь. На странице продавца указаны параметры — Входное напряжение: 2 В ~ 24 В Максимальное выходное напряжение: 28 В Максимальный выходной ток: 2А КПД: более 93%. Размеры 36 мм * 17 мм * 14 мм. Снизу компоненты отсутствуют, название платы совпадает с названием микросхемы, которая на ней установлена, собственно так я на нее и вышел. Плата маленькая, особенно если учесть, что довольно много места занимают контактные площадки. Если контактные площадки отрезать, то размер станет заметно меньше. Схема также простейшая, основана на микросхеме MT3608, на которую есть даже даташит. причем параметры микросхемы весьма неплохие, собственно я сначала нашел даташит, потом микросхему, потом плату на ее основе. По плате также была начерчена схема, вывод 4 это вход управления микросхемой, для включения он должен быть соединен со входом питания. А вот первое включение меня сильно удивило. На первый взгляд на фото ничего необычного, включен БП, к выходу подключена электронная нагрузка и на индикаторе отображается ток нагрузки в 0.18 А. Все нормально если бы не одно НО, регулятор тока нагрузки выкручен на минимум, а минимальный ток у нее 20мА. Явно что то не так. А «не так» оказалось в том, что плата на выходе имеет большие пульсации с высокой частотой (производитель декларирует частоту в 1.2 МГц). После подключения параллельно выходу конденсатора емкостью в 100мкФ проблема нестабильной работы электронной нагрузки ушла. Кроме того «помог» производитель, а вернее разработчик, разместив выходной конденсатор не около выходных клемм, а около микросхемы. Стартует плата при 1.8 Вольта, установленное напряжение на выходе держит хорошо. В отзывах к плате писали, что выходное напряжение не регулируется. Видимо человек просто не разобрался, хотя тут и производитель виноват. Дело в том, что регулировка происходит на 8 оборотах подстроечника из 30! Да еще и при вращении влево О_о Т.е. из привычного максимального положения крутим 22 оборота, при которых ничего не происходит и только последние 8 оборотов напряжение будет регулироваться, жуть. Эта микросхема также не перегревалась в работе, правда и не выдала мне 2 Ампера. При этом измерение температур показало, что при токах более 1 Ампера на плате начинает греться дроссель и выходной диод, это надо также иметь в виду. Но стоит сказать, что 2 Ампера на выходе можно получить только при определенных условиях, и это максимум.Небольшое объяснение Уже когда писал обзор, то понял что я подавал на входной электролит (как в первом случае 330мкФ 6.3 В) аж 10 Вольт, но так как конденсатор был качественный, то он отнесся к этому равнодушно. А вот такие пульсации у платы без добавочного выходного конденсатора, неудивительно что нагрузка «сходила с ума».

Так, пора перейти собственно к тому, зачем мне все это понадобилось (в смысле платы). У меня уже был обзор готовой платы, полностью самодельного варианта, теперь попробуем сделать вариант с модернизацией готового преобразователя. Ход мысли у меня бы примерно такой: Надо широкий диапазон питания, соответственно надо SEPIC После этого я начал искать специализированные микросхемы, затем подумал, а зачем мне собственно что то специализированное, если суть SEPIC преобразователя это модернизированный Step-up преобразователь. Этот момент кстати очень важен, переделать можно именно повышающий, Step-down переделать нельзя по двум причинам — 1. У Step-down преобразователей силовой ключ стоит в положительном полюсе питания 2. Силовой ключ в таких преобразователях вполне может находится в полностью открытом состоянии, или закрываться на очень короткое время, что для повышающего почти однозначная смерть. Нашел подходящую микросхему повышающего преобразователя и начал искать ее на Али, но в итоге нашел платы с ней. После этого я поставил перед собой задачу получить SEPIC преобразователь путем минимальной доработки существующих плат повышающих преобразователей. Ниже показаны оба типа преобразователей и видно, что отличие у них только в том, что в универсалом варианте добавлен дроссель и конденсатор, ВСЁ! Для начала я решил провести эксперимент над мелкими преобразователями. Я не зря заказал лот из 5 штук, дело было не только в экономии. Дело в том, что топология универсального преобразователя подразумевает наличие двух одинаковых дросселей, а так как таких у меня дома не было, то я решил взять дроссель из такой же платы (плат то вообще пять). Попутно я пересчитал делитель обратной связи, сначала выяснив напряжение компаратора микросхемы. В простенькой программе сделал источник 5.1 В (такое напряжение платы имеют на выходе), задал номиналы существующего делителя и получил около 1.22 Вольта. После этого изменил выходное напряжение и подобрал один из резисторов так, чтобы на микросхему попадали те же 1.22 Вольта. Эта операция не имеет отношения собственно к SEPIC преобразователю, просто мне надо было 3.3 Вольта, но из тех номиналов что были дома я смог подобрать только под 3.2 Вольта. А вот здесь и вылезло то, что я перерисовал схему уже после тестов. Я хотел применить минимум дополнительных компонентов. Дроссель был взят от одной из плат, резистор взял из запасов (хотя можно было и его взять из другой платы), конденсатор выпаял из старой платы монитора. Вот как раз конденсатор лучше было взять от одной из плат преобразователя (откуда выпаивал дроссель), так как там конденсаторы имеют даже большую емкость и все равно не нужны. Диод выпаивается, на его место паяется конденсатор. Около микросхемы зачищается площадка, к ней паяется один вывод дросселя, второй паяется к площадке где раньше был катод диода. К этой же площадке теперь паяется анод диода, а катод к правому выводу резистора 3.3к (через него питается светодиод). Также надо обязательно перерезать дорожку, место видно на фото. Пробуем. Стартует от 1.28 Вольта Хоть плата и работает, но стабильность выходного напряжения оставляет желать лучшего. При маленьком токе нагрузки и входном напряжении в 4.2 Вольта выходное поднимается до 3.6 Вольта. Не то чтобы критично, но не очень хорошо. При токе более 500мА срабатывает защита и выходное напряжение падает. Погоням плату в разных режимах я пришел к выводу, что максимальный выходной ток в моем диапазоне будет около 300мА, но при этом кратковременно можно понимать до 400мА. В процессе экспериментов я также пробовал увеличить емкость конденсатора между дросселями, но никакого заметного результата это не дало 🙁 А вот уровень пульсаций получился весьма неплохим, слева в режиме повышения, справа — понижения. Наигравшись с мелкими платками я перешел к более крупному «подопытному». Суть доработки здесь абсолютно такая же, за исключением того, что плата была одна. Заказывал я ее одну потому, что необходимый дроссель у меня уже был в наличии. Также доработке был подвергнут и узел регулировки выходного напряжения, путем полной ликвидации и замены на пару резисторов. Здесь я также провел операцию по измерению опорного напряжения компаратора, у меня получилось 680мВ. Для этого я выставил на выходе 10 Вольт, а потом выпаял подстроечный резистор и измерил его сопротивление в режиме делителя, на левой схеме он представлен верхними двумя резисторами. Потом пересчитал делитель под необходимое мне напряжение (ну почти, у меня ближайшее было 3.5 Вольта), а потом забил на это, полез в даташит и узнал что на самом деле не 680мВ, а 600 :))) В общем я применил нижний резистор на 2к, а верхний на 9.1к. Эксперименты, они такие эксперименты :)))) После всех расчетов приступил к переделке. 1. Выпаиваем подстроечный резистор и постоянный резистор на 2.2кОм (ну или грубо — выпаиваем все резисторы). 2. На место постоянного резистора впаиваем резистор на 2к, перерезаем дорожку между дросселем и диодом. 3. С обратной стороны платы припаиваем второй резистор делителя (его потом можно изменить). Я долго думал, куда мне припаять этот резистор, даже забыв, что можно припаять его снизу :)) 4. Между дросселем и диодом впаиваем конденсатор. Здесь та же ошибка, конденсатор можно было взять с одной из плат. К дросселю припаиваем обрезок вывода какого нибудь радиоэлемента, направляем его в сторону скоса на дросселе. Зачищаем и залуживаем площадку около выходных площадок. Припаиваем дроссель одним выводом на площадку около выходных клемм, вторым (проволочным) к диоду. Я не зря обратил внимание на скос на дросселе, так он лучше становится. Всё. В самом худшем режиме, при 2.6 Вольта на входе, плата сваливалась в защиту при токе около 700мА, в остальных режимах вела себя стабильно. Вообще, в плане стабильности, плата стоит на голову выше предыдущих. При входном напряжении в 10 Вольт я спокойно получил выходной ток более 2 Ампер, но диод и дроссели грелись уже прилично, микросхема при этом имела температуру не более 70 градусов. На последнем фото видно что при малом входном напряжении и выходном токе в 700мА напряжение на выходе опускается до 3 Вольт. Выше я написал, что при входном напряжении около 2.9 Вольта (нижнее рабочее напряжение литиевого аккумулятора) я получил 770мА при напряжении 3 Вольта. Мне показалось что виной тому малая емкость конденсатора, который установлен между дросселями, ради эксперимента я установил параллельно ему второй с такой же емкостью (на схеме указана уже суммарная емкость). После замены выходной ток явно вырос и напряжение падало до 3 (вернее 3.04) уже при токе 1.11 Ампера. Т.е. получается что с одним конденсатором максимальная выходная мощность при напряжении 2.9 Вольта была 2.31 Ватта, а при двух конденсаторах уже около 3.3 Ватта. Мне кажется что это прогресс. Вообще такие конденсаторы довольно дорогие и я бы вообще советовал поставить на это место родной конденсатор на 28мкФ взяв его со входа этой платы. На его место достаточно поставить керамический 0.22 (или пару) и электролит на 100-220мкФ. Еще несколько тестов при разных входных напряжениях и выходных токах. Тесты показали, что при работе от одного литиевого аккумулятора (диапазон 3-4.2 В) и выходном напряжении 3.3 Вольта плата нормально может выдать до ток 700мА. Но вот пульсации у этой платы явно выше, пожалуй это единственный ее минус. Это пульсации с электролитом на 100мкФ по выходу. Я выше писал, что скорее всего это обусловлено неправильной трассировкой, керамический конденсатор по выходу может улучшить ситуацию, но не думаю что сильно. Вообще SEPIC считается самым «шумным» типом преобразователя, потому отчасти это его особенность. Самые большие пульсации наблюдались конечно же при максимальных токах нагрузки. А более правильно — при максимальном входном токе. Фото обоих плат после переделки. На большой плате дроссель гармонично вписался на место подстроечного резистора, мелкая плата внешне выглядит более грубо. А теперь сравнительное фото новых плат рядом с платой из этого обзора. Видно что предыдущая плата кажется гигантом в сравнении с новыми. Кстати я не сказал бы что большая плата из этого обзора сильно слабее. В прошом обзоре я тестировал преобразователь при входном напряжении в 14 Вольт, выходном 3.3 и токе 2.5 Ампера. Эта плата смогла выдать ненамного меньше. Но цена!!!.. Если предыдущий преобразователь стоил 5.7 доллара, то здесь, даже при худшем раскладе (покупка двух дорогих плат) вышла бы 1.2 доллара. А если дома есть парный дроссель, то можно вообще уложиться в сумму около 0.8 доллара (плата + пара электролитов). Суть данного обзора изначально стояла не в точном измерении характеристик, КПД и т.п. хотя я сделал достаточно разных измерений, а в том, чтобы получить универсальный преобразователь путем переделки дешевых повышающих. Мне кажется что эксперимент удался, причем со второй платой я получил результат, сопоставимый с платой за 5.7 доллара, это более чем хороший результат. А еще этот обзор может помочь в случае когда надо «здесь и сейчас», потому как плату повышающего преобразователя найти куда проще чем универсального (их вообще меньше в продаже, особенно в оффлайне).Первая (мелкая) платка конечно слабовата, и напряжение у нее на выходе не так стабильно как у большой, но для ее переделки можно вообще ничего не покупать дополнительно, а сделать универсальный з двух повышающих. При этом у нас останется запасная микросхема, диод, светодиод, разъем и несколько резисторов.Вторая (большая) плата выходит несколько дороже и к ней надо либо дроссель, либо вторую такую же плату (это предпочтительнее). Пару слов о платах в исходном виде.Мелкие — Вполне себе рабочие платы, дешевые, не сильно мощные, при установке хотя бы небольшого электролита по выходу имеют низкие пульсации. Заявленные 200мА (1.5В) и 500мА(3В) скорее всего не вытянут, но будут близки к этому. Нагрев и надежность хорошая, я много раз перегружал плату, но она упорно уходила в защиту (защита не триггерная).Большая — Ну тут отдельный случай. Реальный пример, как кривая проектировка может свести на нет хорошие характеристики установленных компонентов. Да, компоненты на плате установлены нормальные, микруха вообще мне очень понравилась (надо будет купить с десяток в запас). Но тут и неправильная трассировка, и подстроченик включенный через одно место, и отсутствие электролитов по входу и выходу (при таких токах они уже не лишние). Т.е. сама плата в том виде как есть мне не понравилась, но несложными усилиями от нее можно получить хороший результат. А еще лучше результат после переделки ее в универсальный преобразователь 🙂 На этом пожалуй вроде все, платы работают, профит получен, отчет написан, жду вопросов в комментариях 🙂

Это позже статья о базовой конфигурации преобразователей DC / DC, как это делает название конфигурации называется SEPIC имеет свои характерные данные обобщены в двух факторах:

Отсутствие прямой связи между входным и выходным благодаря наличию конденсатора

Работа в режиме понижающего повышающего.

Это будет описано обычными области, в которых он используется, и пример со всеми формулами для вычисления реального источника питания с такой конфигурацией.

Литий-ионные батареи и низкий ESR конденсаторы дают новый блеск для топологии SEPIC. SEPIC (Преобразователь несимметричный индуктивность первичной обмотки) Она отличается тем, что его диапазон входного напряжения могут перекрывать друг друга, чтобы выходное напряжение. Так как литература по SEPIC оставляет желать лучшего, конструкторы с небольшим опытом работы преобразователей энергии не прибегать к этой конфигурации, настало время, чтобы сделать некоторые’ ясность.

Литиевые батареи очень успешные, во многом благодаря своей впечатляющей плотности энергии. Один литиевый элемент обеспечивает напряжение 4,2 V, когда он полностью заряжен может заменить 3 Нет Целле NiCd NiMH. Это напряжение зависит от емкости его можно использовать до напряжения 2,7 V. SEPIC является идеальной схемой для использования таких батарей.

SEPIC также находит применение в телевидении современных источников питания, чтобы поднять начальное напряжение от 315V до 40 для их свойства генерировать низкий уровень шума в сети электроэнергии. Он также обеспечивает необходимый уровень выходного сигнала, даже если пик входное напряжение выше (Снижение доли ошибок от электрических событий).

Основные уравнения

топология подталкивания (фигура 1) Она является основой для преобразователя SEPIC. Принцип повышающего преобразователя я разъяснял его в предыдущей статье:

1° переключатель Sw закрыт во время TON, увеличение магнитной энергии, накопленной в катушке индуктивности L1.

фигура 1. Эта топология бустер основой для SEPIC цепей питания.

2° переключатель открывается во время TOFF, предлагая D1 и COUT как единственный путь для магнитной энергии, запасенной. COUT фильтры импульса, генерируемого из L1 через D1. Когда VOUT является относительно низким, можно повысить эффективность с помощью диода Шоттки с низким прямым напряжением. VOUT должно быть больше, чем VIN. В противном случае (ВИНО> VOUT) D1 поляризован непосредственно и ничто не мешает электрический ток от VIN до VOUT.

Схема SEPIC фигура 2 снимает это ограничение, вставив конденсатор (Cp) между L1 и D1. Это, очевидно, конденсаторные блоки любого компонента постоянного тока между входом и выходом. Анод D1, однако, Он должен подключаться к известному потенциалу. Это достигается путем соединения D1 с землей через второй индуктор (L2).

фигура 2. Преимущество схемы SEPIC, в дополнение к свойствам понижающих / увеличение, Это конденсатор (Cp) что предотвращает нежелательный поток тока от VВ и VВНЕ.

L2 может быть отделена от L1 или обернутые на том же ядре, в зависимости от потребностей приложения. Так как последняя конфигурация является просто трансформатор, можно утверждать, что это классический обратноходовой. Отсутствие сети типичного обратноходового демпфера доказывает обратное. Индуктивность рассеяния не является проблемой в схемах Sepic. Основные паразитарные сопротивления RL1, RL2, RSW и Rcp связаны с L1, соответственно,, L2, SW и Cp.

Несмотря на то, что очень мало элементов, работа преобразователя SEPIC не так просто абстрагировать в уравнениях.

Предположим, что пульсация значения тока и напряжения, малы по сравнению с компонентами постоянного тока.

Для того, чтобы начать, Выражают тот факт, что в равновесии нет никакого падения напряжения постоянного тока между двумя индуктивностями L1 и L2 (пренебрегая что паразитных сопротивлений). поэтому, Cp видит потенциал VIN постоянного тока с одной стороны, через L1, и земля на другой стороне, через L2. Напряжение постоянного тока СР:

(VCP)VIN = (уравнение. 1)

“T” Это период цикла переключения. Мы будем называть α части Т, для которых Sw замкнут и 1-а оставшуюся часть периода.

Так как среднее напряжение на L1 равно нуль во стационарных условиях, напряжение вид с L1 во αT (тон) Это в точности компенсируется наблюдаемой напряженности во время (1-α) T (франт):

αTVIN = (1-α) T (VOUT + ВД + VCP- ВИНО) знак равно (1-α) T (ARCH + В.Д.).

В. Д. является прямым падением напряжения D1 для непрерывного потока (IL1 + IL2), е

VCP равно VIN:

(ARCH + В.Д.) / VIN = α / (1-α) Ai = (уравнение. 2)

Ай, называется коэффициентом усиления, голубь “я” Он представляет собой идеальный случай, для которого паразитные сопротивления равны нулю. Игнорирование В.Д., чем VOUT (в первом приближении), мы видим, что отношения между VOUT и VIN может быть больше или меньше 1, В зависимости от величины & alpha; (с равенством получается при а = 0.5).

В настоящем докладе представлены характеристики преобразователей Sepic чем classologie понижающий или классический понижающего.

Более точное выражение Аа объясняет паразитные сопротивления в цепи:

Аа = [Vout + Vd + Iout *(Кто * RCP + RL2)] / [вино- искусственный интеллект(RL1 + RSW) Iout- Rsw * Iout] (уравнение. 3)

Эта формула используется для вычисления коэффициентов усиления минимального, Типичная и максимальная VIN(верный, Aarip е Aamax). Формула является рекурсивным (“A” Оказывается, и в результате в выражении), но некоторые итерационные вычисления приводят к решению асимптотически. Выражение пренебрегает потерю из-за переход к переключателю Sw и обратному току в D1. Эти потери, как правило, незначительны, особенно если Sw является быстрым MOSFET и его напряжение стока (VIN + ARCH + В.Д.) Он остается ниже 3 (кажущийся предел для низких потерь MOSFET сегодня).

В некоторых случаях, необходимо также принимать во внимание потери из-за обратного тока D1 и основные потери из-за высокого уровня индукционных градиентов. Вы можете экстраполировать из соответствующих значений а’ Eq.2:

αzz = Aazz / (1 + Aazz), где ZZ составляет не менее, типовое о макс. (уравнение. 4)

Постоянный ток через Cp ничего, то средний выходной ток может быть обеспечен только через L2:

IOUT = IL2 (уравнение. 5)

Требование рассеиваемой мощности L2 ослабляется, так как средний ток в L2 всегда равен IOUT и не зависит от изменений VIN. Для того, чтобы рассчитать ток в L1 (IL1), мы предполагаем, что ток не может протекать через Cp. поэтому, кулоновского заряда, протекающего во время αT прекрасно уравновешивается зарядом противоположного кулоновским во время (1-α) T.

Когда переключатель замкнут (для интервала αT) потенциал узла A устанавливается в 0В. В соответствии с уравнением 1, потенциал узла B является -Vin, что обратно меняет D1. Тока через Cp затем IL2.

Когда переключатель открыт в (1-α) T, IL2, протекает через D1 в то время как IL-1, протекающий через Cp: αT * IL2 = (1-α) T * IL1.Sapendo что IL2 = IOUT,

IL1 = Aazz * IOUT (уравнение 6)

Так как входная мощность равна выходная мощность, деленной на эффективности, IL-1 сильно зависит от VIN. Для заданной выходной мощности, ИЛ1 возрастает, если VIN уменьшается. Зная, что IL2 (затем IOUT) впадает в Cp во αT, Мы выбираем Cp так, что его пульсации ΔVCp очень малая часть VCP (при γ = 1% аль 5%). В худшем случае происходит, когда VIN минимален.

Cp> IOUT * αminT / (с * VINmin) (уравнение. 7)

Сочетание работы контроллера высокой частоты и недавний прогресс в многослойных керамических конденсаторов (MLC) позволяет использовать малые и неполяризованные конденсаторы Cp. Убедитесь в том, что Cp способен поддерживать рассеивание PCP мощности из-за его внутреннее сопротивление (насос для охладителя реактора):

PCP = Aamin * Rcp * IOUT² (уравнение. 8)

RSW, как правило, составляет сток-исток полевого транзистора переключателя сопротивления последовательно с шунтом для ограничения максимального тока, Она включает в себя следующие потери:

Psw = Aamin (1 + верный) Rsw IOUT² (уравнение. 9) Потери Pr1 и Pr2 из-за внутреннее сопротивление L1 и L2 легко вычисляется :

Prl1 = Aamin² RL1 IOUT² (уравнение. 10)

Prl2 = RL2 IOUT² (уравнение. 11)

При расчете потери из-за D1, обратить внимание на оценку VD к мелодии ИЛ1 + IL2:

PD1 = ВД × IOUT (уравнение 12)

L1 выбирается так, что ее полная пульсирующего тока (DIL1) является фракцией (б = 20% аль 50%) IL1. В худшем случае для р имеет место, когда VIN максимален, потому что DIL1 максимальна, когда IL1 минимален.

Предполагая, что β = 0,5:

L1min = 2 T (1-αmax) VINmax / IOUT (уравнение. 13)

Выберите стандартное значение, близкое к рассчитанному для L1 и убедитесь, что в настоящее время его насыщение удовлетворяет следующие условия:

IL1sat>> IL1 + 0,5 ΔIL1 = AaminIOUT + 0,5 TαminVINmin / L1 (уравнение. 14)

Расчет для L2 аналогична для L1:

L2min = 2 TαmaxVINmax / IOUT (уравнение. 15)

IL2sat>> IL2 + 0,5 ΔIL2 = IOUT + 0,5 TαmaxVINmax / L2 (уравнение. 16)

Если L1 и L2 намотаны на одном ядре, Вы должны выбрать большее из двух значений. Один сердечник обязывает две обмотки, чтобы получить одинаковое число витков, а затем те же значения индуктивности. в противном случае, напряженность между этими двумя обмотками будет отличаться и Ср будет действовать как короткое замыкание на разницу. Если напряжения обмоток одинаковы, генерируют те же текущие и накопительные градиенты. поэтому, естественная индуктивность каждой обмотки должна быть равна лишь половине рассчитанного значения для L1 и L2.

Так как между двумя обмотками имеется большая разность потенциалов, Вы можете сэкономить на расходах, обернув их в одной и той же операции. Если сечения обмоток эквивалентны, резистивные потери различаются, поскольку их текущее (IL-1 и IL-2) отличаться. Общие потери, однако, Это ниже, когда потеря равномерно распределена между двумя обмотками, поэтому полезно установить поперечное сечение каждой обмотки в соответствии с текущей переноски. Это особенно легко сделать, когда обмотки состоят из нескольких нитей, чтобы контрастировать эффект кожи. в конце концов, размер сердечника выбирается для размещения гораздо больший ток насыщения (IL1 + IL2 + DIL1) самая высокая ожидается внутренняя температура.

Цель выходного конденсатора (СТОИМОСТЬ) Это среднее значение импульсов тока, поставляемых D1 во время Toff. Существующие переходы жестокие, Затем COUT должен быть компонент высокой производительности, такие как используемые в топологии обратного хода. к счастью, керамические конденсаторы сегодня обеспечивают низкий ESR. Минимальное значение для COUT определяется количеством пульсаций (ΔVOUT) что может быть допущено:

СТОИМОСТЬ> = Aamin IOUT αmin Т / ΔVOUT (уравнение. 17)

Значение действительного выходного конденсатора, возможно, потребуется, чтобы быть намного больше, особенно если ток нагрузки состоит из высокоэнергетических импульсов. Входной конденсатор может быть очень малым, Благодаря свойствам фильтрации топологии SEPIC. обычно, CIN может быть в десять раз меньше, чем COUT:

КИН = стоимость / 10 (уравнение. 18)

После этого длинного ряда формул мы переходим разработать реальную схему, подключения энергии светодиоды с тремя литиевых inserie. исходные данные:

VINmin = 8,1 V

VINtyp = 11,1 V

VINmax = 12,6 V

в

VOUT = 11,7V

Iout = 2 A

Т = 2 мкс

MD = 0,42 V

Раунд начальных оценок обеспечивает следующие приблизительные значения:

L1 = L2 = 22μH,

RL1 = RL2 = 39mΩ,

Rcp = 50мОм

Rsw = 35mΩ.

Схема источника питания SEPIC 24 W кон LM3478

Использование’уравнение 2

(ARCH + В.Д.) / VIN = α / (1-α) Ai =

за первое, что они рассчитаны идеальные коэффициенты усиления Ai, соответствующие минимальным VIN, Типичный и максимальный, как 1,568, 1,144 е 0,968. Используя эти значения в’уравнение 3

Аа = [Vout + Vd + Iout *(Кто * RCP + RL2)] / [вино- искусственный интеллект(RL1 + RSW) Iout- Rsw * Iout]

получить наиболее точные значения Aazz 1.735, 1.292 е 0.88 соответственно. Соответствующие рабочие циклы являются производными от’уравнение 4

αzz = Aazz / (1 + Aazz), где ZZ составляет не менее, типовое о макс.

приехать 0,611, 0,533 е 0,492.

L2 Corrente (IL2) 2А равен второму’уравнение 5

IOUT = IL2

ИЛ1 и варьируется в зависимости от VIN. Использование’уравнение 6

IL1 = Aazz * IOUT

Мы получаем iL1 значения 3,136A, 2,288А и 1,936A, как VIN изменяется от минимума до максимума.

Мы получаем минимальное значение Кц 3,5μF уставившись у = 4% Нелл’уравнение 7

Cp> IOUT * αminT / (с * VINmin)

Номинальное напряжение Cp вычитается из’уравнение 1

(VCP)VIN =

Если входное напряжение не должно превышать 12V, керамический конденсатор рассчитан на 16V 10uF должен идти. Современные конденсаторы MLC легко удовлетворить ожидаемый RCP из 50 М: и легко поддерживать потерю мощности 400 мВт вычитаются из’уравнение 8.

PCP = Aamin * Rcp * IOUT²

Следующие параметры рассчитываются в худшем случае, что является минимальным VIN:

Переход от 33 М: должны рассеивать 500 мВт в соответствии с’уравнение 9,

Psw = Aamin (1 + верный) Rsw IOUT²

что позволяет выбрать внешний транзистор в контейнере SOT223.

Leуравнения 10 е 11

Prl1 = Aamin² RL1 IOUT²

Prl2 = RL2 IOUT²

потери повреждения 380 MW е 156 мВт для L1 и L2. Проверим здесь, что сечение меди L1 должно быть больше, чем L2.

Использование’уравнение 12

PD1 = ВД × IOUT

D1, чтобы рассчитать потери мощности 0,84 W, мы видим, что D1 является основным источником потерь. Поэтому важно выбрать эффективный выпрямитель, если не синхронный выпрямитель.

в L1, L’уравнение 13

L1min = 2 T (1-αmax) VINmax / IOUT

Это предполагает минимальное значение 9,8μH, который она близка к расчетной стоимости 22μH. Для нормальной работы со значением L1 из 22μH , L’уравнение 14

IL1sat>> IL1 + 0,5 ΔIL1 = AaminIOUT + 0,5 TαminVINmin / L1

Это обеспечивает пиковый ток 3,14 A . Устройство с рейтингом 5A обеспечивает достаточный запас. Убедитесь, что D1 может выдержать импульсы тока высокой температуре, равной IL1 + Iout = 5,2 А и средний ток IOUT = 2A.

так же, L’уравнение 15

L2min = 2 TαmaxVINmax / IOUT

Это приводит к минимальному значению L2 из 12,4 мкГн. снова, 22мкГн разумное значение. по’уравнение 16

IL2sat>> IL2 + 0,5 ΔIL2 = IOUT + 0,5 TαmaxVINmax / L2

L2, должен поддерживать текущие пики 2.2 A.

за ΔVOUT(VOUT / 100) из 117mV , L’уравнение 17

СТОИМОСТЬ> = Aamin IOUT αmin Т / ΔVOUT

Он говорит, что выходной конденсатор должен быть по крайней мере 33μF(33) .

L’уравнение 18

КИН = стоимость / 10

3,3μF говорит, что должно быть достаточно для CIN.

Осталось описать только три типовые компоненты комплексного LM3478, используемых для управления снабжением R1, R2 и R3 вместе с резистором к контакту 7.

R1 и R2, с тем, чтобы сформировать последующий блок запускают транзистор, пока напряжение на выводе делителе для контроля выходного напряжения 3 опускается ниже 1.25V

R3 о необходимости тока защиты от короткого замыкания, протекающего в L1, значения, предел установлен на уровне около 8A

Сопротивление к контакту 7 фиксации частоты колебаний, значение относится к общему периоду 2us что эквивалентно частоте 500 кГц.

Как можно видеть, что это не простой дизайн SEPIC но окончательные результаты неожиданны с точки зрения размера и простоты схемы. В случае, если вы хотите использовать одно ядро ​​для обоих индукторов идет вдвое значение индуктивности отдельных обмоток.

Фундаментальный для работы является то, что обе катушки имеют одинаковое значение в противном случае диод брейки приезжающие меньше среднего значения исходных предположений нуль в двух индуктивностей.

С этим я уезжаю в надежде на помощь кому-то, кто заинтересован в этой схеме

AMILCARE Приветствия

Используемые источники:

• https://mysku.ru/blog/china-stores/35161.html
• https://mysku.me/blog/aliexpress/36199.html
• https://www.elettroamici.org/ru/convertitore-dc-dc-sepic/