02.10.2020

Андрей Смирнов

Время чтения: ~10 мин.

LM2577 модуль повышающего преобразователя

Цена: $3.24

Наконец до меня добралось интересное электронное устройство, которое с радостью представляю на обзор. Судя по описанию продавца — преобразователь весьма универсален и способен делать из 4 — 35В напряжение 1,25 — 25В при максимальном токе до 3А с регулируемым токоограничением 0 — 3А. Казалось-бы, вот оно счастье, да не тут-то было… Прислали преобразователь в простом пакетике Монтаж аккуратный, флюс почти отмыт, поверхность немного грязная.

Заявлено, цитирую Подключение только пайкой. Под греющимися микросхемами сделано множество переходов для улучшения теплоотвода на обратную сторону платы — это заметно улучшает переход тепла на обратную сторону и позволяет использовать там охлаждающий радиатор. Устройство представляет собой 2 независимых последовательно включенных преобразователя напряжения. 1 ступень преобразования на базе LM2577S-ADJ — входное напряжение 4-27В повышается до 27В. Если на входе напряжение превысит 27В, напряжение проходит на 2 ступень без преобразования вплоть до максимальных 35В. 2 ступень преобразования на базе LM2596S-ADJ — напряжение 27В понижается до требуемого. Тут-же происходит регулируемое ограничение выходного тока. Такой принцип прост в реализации, но за счёт двойного преобразования, устройство будет иметь заведомо низкий КПД. По умолчанию, преобразователь был настроен на 4,2В 1А — явно для зарядки Li-Ion аккумуляторов. Резистор SW1 задаёт выходное напряжение 1,25-25В Резистор SW2 задаёт порог индикации светодиода процесса зарядки Резистор SW3 задаёт ограничение выходного тока 0,02А — 2,9А Уставка тока очень сильно зависит от температуры платы. В этом нет ничего удивительного, учитывая конструкцию шунта в виде печатной дорожки. Например, при начальной уставке тока 1,50А после хорошего прогрева платы остается всего 1,35А 🙁 Первичную проверку проводил при входных напряжениях 5В и 12,5В Заявленные 15Вт без охлаждения не выдаёт — мгновенно перегревается. Мало того, перегревается даже на мощности 10Вт. При входном напряжении 12,5В без перегрева преобразователь может выдать всего 5V 1A 5Вт КПД=58% T=73°С, и 12V 0,5A 6Вт КПД=67% Т=71°С, что очень грустно. При входном напряжении 5В, ситуация ещё хуже 5V 0,8A 4Вт КПД=49% T=79°С и 12V 0,4A 4,8Вт КПД=54% Т=80°С Во всех случаях, перегревался повышающий преобразователь. С такими характеристиками устройство является практически бесполезным и тестирование как есть было прекращено. Чтобы устройство не выкидывать, пришлось его хоть как-то доделать на отдачу заявленных 15Вт. Реальная схема преобразователя

Измеренная частота работы повышающего преобразователя около 50кГц Измеренная частота работы понижающего преобразователя нестабильна и изменяется в зависимости от нагрузки от 40кГц до 160кГц вместо заявленных стабильных 150кГц. Такая работа характерна для китайских LM2596 Явные ошибки производителя: 1. Слишком малая величина индуктивности и габарита дросселя L2 (33мкГн / 2,5А) — он входит в насыщение и перегревается даже при небольшой нагрузке. LM2577S-ADJ реально работает на частоте 50кГц, по расчёту её дроссель должен иметь индуктивность не менее 120мкГн / 3A и размер гораздо больше. 2. Перегрузка сглаживающего конденсатора 1 ступени 100мкФ/35В — его ESR аж 0,6Ом. Он должен быть не менее 220мкФ/35V с низким ESR. 3..Перегрузка диода D3 (SS34). Для выходного тока 3А он должен быть на ток не менее 4А. 4. Зелёный светодиод окончания зарядки работает некорректно — подсвечивается в любом режиме работы. Это связано с ошибочной установкой зелёного светодиода вместо синего с большим падением напряжения. 5. При установке выходного напряжения менее 1,8В, токоограничение нормально не работает и в случае КЗ очень быстро перегружается по току и выходит из строя диод D3. 6. Какая-то левая микросхема LM2596 Не буду долго утомлять Вас своими длительными экспериментами с подбором элементов, покажу только что сделал и что вышло в итоге. 1. Дроссель повышающей ступени намотал на T90-26 42 витка проводом 0,9мм получил 120мкГн 4A. Дроссель оказался с запасом, хватило-бы T80-26 2. Накопительный конденсатор повышающей ступени заменил на 470мкФ/35В — также с запасом. 3. Выходное напряжение повышающей ступени уменьшил до 23В для снижения нагрузки на дроссель понижающей ступени при выходном напряжении 12-15В. Для этого просто добавил резистор 47кОм параллельно резистору R7 (10кОм) При этом максимальное выходное напряжение естественно уменьшилось до 22В, но мне больше и не надо. 4. Заменил диод с обозначением R5 на диодную сборку (два последовательных диода), чтобы он постоянно не подсвечивался. Как альтернатива — можно заменить зелёный светодиод синим. 5. Добавил резистор 200 Ом последовательно с подстроечником уставки выходного напряжения, чтобы им нельзя было настроить выходное напряжение менее 1,8В. Поставить резистор в SMD корпусе оказалось невозможно, поэтому запаял обычный выводной резистор, а дорожку просто порезал.

6. Установил компенсационный конденсатор 4,7нФ в цепи ОС по напряжению — это улучшило стабильность работы понижающего преобразователя. Подходит ёмкость 1-4,7нФ. 7. Приклеил на теплопроводный скотч радиатор от старого процессора для более эффективного охлаждения силовых элементов. Радиатор также немного уменьшил снижение тока уставки с прогревом платы.

Схема после переделки Проверка при входном напряжении 12,5В При выходном напряжении до 7В, максимальный выходной ток не должен превышать 2,5A, чтобы не спалить диод и дроссель 2 ступени. При напряжении более 7В, выходной ток ограничен тепловой мощностью рассеяния платы (около 8Вт с радиатором). Максимальная выходная мощность реально увеличилась в разы (до 30Вт), сам не ожидал такого результата 🙂 Проверка при входном напряжении 5В Результат гораздо скромнее, но всяко лучше, чем был до переделки. Во время проверки, ни один элемент не нагрелся свыше 80°С, что допустимо для длительной работы. Ради интереса покажу странную работу понижающего преобразователя (на диоде D3) при различных выходных напряжениях

При этом повышающий преобразователь работает стабильно и предсказуемо Максимальная амплитуда пульсаций на выходе при максимальном выходном токе 2,5A — 200мВ. Вывод: данный преобразователь не рекомендую к приобретению — слишком много надо переделывать для его более-менее нормальной работы. Связываться с китайскими LM2596 больше не стану.

Микросхема выпускается в корпусе ТО220,

имеет 5 выводов.

Для постройки повышающего преобразователя на указанной микросхеме нужно крайне малое количество комплектующий, а точнее – пара резисторов, пара конденсаторов, накопительный дроссель и мощный диод Шоттки с током 3-5 Ампер. Номинал входных напряжений от 3,5 до 40 Вольт, притом на выходе можно получить напряжение до 60-65 Вольт. Благодаря встроенному в микросхему мощному ключу, микросхема может отдавать в нагрузку ток до 3-х ампер. Работает микросхема в импульсном режиме, следовательно, КПД довольно большое, но при больших выходных токах микросхему обязательно нужно установить на теплоотвод.

Микросхема имеет также встроенную защиту от коротких замыканий, плавный пуск и защиту от перегрева.

Что дает нам внедрение микросхемы?

1) Нужно зарядить ноутбук в машине ? никаких проблем – схема без проблем может поднять бортовые 12 Вольт до 18-19 вольт для зарядки ноутбуков и нетбуков.

2) Может питать любые устройства которые нуждаются в повышенном напряжении до 60/65 Вольт напрямую от автомобильного аккумулятора, с условием, что устройство потребляет ток не более 3-х ампер, а таких устройств немало.

В общем довольно универсальная микросхема и для бытовых нужд, например для конструкций автономных зарядных устройств цифровой техники (повер банк), с легкостью может зарядить мобильный телефон или планшет. всего от одного литиевого аккумулятора.

Лабораторный блок питания с ампер-вольтметром на базе компьютерного БП (0-30В, 11А max)

Есть несколько разновидностей включения микросхемы, с фиксированным и регулируемым выходным напряжением. Диод Шоттки можно заменить на быстрый диод с током не менее 3-х ампер, в идеале 5. Довольно мощные диоды Шоттки можно найти в компьютерных блоках питания, в цепи выпрямителей, там диоды 20-40 Ампер.

Кстати – микросхему можно использовать как стабилизированный источник питания для лабораторных целей (блок питания) либо в качестве блока питания для зарядного устройства, мощности вполне хватит. Самое хорошее то, что массивных радиаторов для отвода тепла с микросхемы использовать не нужно, хватит и небольшого теплоотвода в отличии от аналоговых схем.

АКА КАСЬЯН

Огромную популярность заслужили импульсные блоки питания DC-DC, из-за их высокого КПД по сравнению с линейными источниками питания. Хотя DC-DC блоки питания уступают линейным источникам питания в малой стабильности выходного напряжения, однако на них рассеивается меньшая мощность при существенном изменении входного напряжения.

Различными фирмами производится достаточно обширная номенклатура всевозможных микросхем, на базе которых можно решить подобные задачи. В этой статье описываются практические схемы 2-х источников питания на базе микросхемы LM2577.

Технические данные микросхемы LM2577:

Входное напряжение: 3,5…30 вольт.
Частота генератора: 52 кГц.
Индекс «-AJI» — микросхема с функцией регулирования.
Индекс «-12» — фиксированное напряжение стабилизации в 12 вольт.
Индекс «-15» — фиксированное напряжение стабилизации в 15 вольт.

В структуре микросхемы LM2577 входит мощный n-p-n транзистор (3А) с крайним напряжением эмиттер-коллектор 65 В. Данная микросхема снабжена температурной и токовой защитой.

Описание импульсного блока питания

Первая схема. Трансформатором Т1 напряжение сети 220 В понижает до 8… 16 В, после напряжение выпрямляется диодным мостом (VD1…VD4) и излишние пульсации сглаживаются емкостью С1. Выпрямленное напряжение идет на контакт 5 D1, в итоге активируется внутренняя электрическая схема и генератор микросхемы.

Открытый транзистор в структуре микросхемы закорачивает выводы 3 и 4, в итоге во внешней индуктивности L1 происходит накопление энергии. В этот момент диод VD5 заперт. Через определенное время транзистор запирается и накопленная энергия во внешней индуктивности устремляется сквозь диод VD5 к емкости С4, которая за счет этой энергии заряжается до необходимого напряжения.

Одновременно выходное напряжение (напряжение на конденсаторе) сопоставляется с опорным напряжением (1,23 вольт), и в случае если оно меньше, то цикл снова повторяется. Если же напряжение выше опорного, то время, при котором транзистор находится в открытом состоянии, сокращается.

Преобразователь напряжения 5A DC-DC XL4015

Отсюда следует, что на емкости отмечается пилообразное напряжение с частотой генератора и амплитудой в несколько милливольт. Напряжение на выходе возможно настраивать в больших пределах, однако оно не может быть меньше входного, поскольку в этом случае диод VD5 откроется, и напряжение пойдет на выход, а это приведет к тому что транзистор постоянно будет закрыт.

Вторая схема. Она мало чем отличается от первой. Есть небольшая разница: накопление энергии здесь происходит в трансформаторе Т2, а не в дросселе и после закрытия транзистора она поступает во вторичку.

Здесь по причине трансформации возможно получить более низкое выходного напряжения по отношению к входному. Однако следует учесть один момент – не следует подавать на микросхему более 32 вольт, поскольку индукционные скачки на транзисторе могут быть больше допустимого уровня в 65 вольт. Цепь состоящая из диодов VD6 и VD7 предназначена для стабилизации обратного напряжения на первичке трансформатора Т2.

Детали импульсного блока питания

Трансформаторы Т1 в обеих схемах мощностью от 8 до 10 Вт. Трансформатор Т2 собран на феррите марки Е20/10/6 с зазором в центральном стержне 0,25 мм. Первичная обмотка содержит 33 витка медного обмоточного провода ПЭВ-2 диаметром 0,45 мм, а вторичная обмотка имеет 45 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,31 мм.

Дроссель L1 содержит 53 витка провода ПЭЛШО диаметром 0,4 мм намотанного на ферритовом сердечнике 4-18×11. Между чашечками укладывают изоляционную прокладку толщиной 0,2 мм.

Электролитические емкости типа К50-35, керамические типа КД по возможности их необходимо установить ближе к микросхеме. Выпрямительный мост VD1-VD4 построен на диодах КД213.

LM25772014-07-07Используемые источники: