Понижающий преобразователь XL4015

Цена: $5.40 за 10шт

Продолжение истории об убиенном DC-DC преобразователе, начало тут:mySKU.me/blog/aliexpress/32986.html Был заказан десяток микросхем для продолжения жестоких экспериментов с получением заявленного тока. Долетели всего за 3 неделиПакетик Содержимое

Итак, имеем: Преобразователь со сгоревшей микросхемой

Новые микросхемы на заменуwww.xlsemi.com/datasheet/XL4005%20datasheet.pdf Принципиальная схема для медитации Надо попытаться из всего этого получить что нибудь полезное. Хронология событий соблюдена 🙂 Выпаял дохлую микросхему и сравнил с новыми Оказались довольно похожи. Запаял новую микросхему, заодно поменял клеммные колодки на более удобные лифтовые. Плата не отмыта и пока без дросселя. Отмотал 4 витка с родного дросселя, т.к. по расчётам на ток 5А его требуемая индуктивность выходила менее 30мкГн во всём диапазоне входных и выходных напряжений, оставил 30мкГн (изначально было 42мкГн). Приклеил с обратной стороны малюсенький радиатор 20х20х6мм в надежде хоть немного охладить пыл горячего устройства Подал на вход 12,5В выставил на выходе 5В и нагрузил на 4A для прогрева. Примерно через 15 минут плата и радиатор очень сильно разогрелись, особенно расстроил нагрев входного конденсатора — свыше 100°С от рядом расположенного диода, в таком режиме он долго не проработает. Дроссель также нагрелся свыше 100°С. Примерно через час такой работы, напряжение на выходе стало подозрительно снижаться и прыгать, решил понаблюдать чем это закончится (запас микросхем позволяет). Закончилось тепловым пробоем диода Шоттки SK86 :(pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/mcc/SK83.pdf Равноценной замены в SMD корпусе под рукой не оказалось и была временно подпаяна диодная сборка S10С40С (10А 40В) Оба диода сборки соединил перемычкой. Преобразователь заработал, но нагрузку вообще не держал — напряжение тут-же проваливалось. Стало понятно, что микросхема тоже неисправна. Очевидно, замыкание диода убило микросхему… В очередной раз перепаял микросхему, при этом обнаружилась ещё одна проблема — фольга печатной платы слабо приклеена к основанию и легко отходит при нагреве :(Погорельцы Очередное включение, ток выставлен на 4А, начинает дико греться диодная сборка, что не удивительно. Устанавливаю её на первый попавшийся под руку радиатор, чтобы опять не запалить. Плата работает нормально пару часов 🙂 Температура всех компонентов стала гораздо ниже, входной конденсатор перестал перегреваться, самым горячим элементом оставался дроссель, который действительно рассчитан на ток 3A. Родное кольцо дросселя T50-26B, обмотка проводом всего 0,7мм Беру ещё парочку колец побольше размером из такого-же материала (распылённое железо -26) и мотаю на 30-33мкГн. Сразу замечу, что материал неудачен для работы на частотах свыше 100кГц из-за повышенных потерь в сердечнике. На требуемой частоте 300кГц лучше работают кольца из распылённого железа -52 (слева) либо из композитного материала (справа). В дальнейшем обязательно попробую их поставить. Все 3 дросселя, родной слева. T50-26B 30мкГн (27 витков 0,7мм, изначально был 31 виток) T60-26 30мкГн (25 витков 0,9мм) T80-26 33мкГн (25 витков 1,1мм) Ставлю дроссель T60-26 30мкГн На токе 4А сильного нагрева дросселя уже нет, преобразователь работает нормально. Для выяснения наличия работающей внутренней термозащиты микросхемы, выставил выходной ток 2А и коснулся разогретым паяльником непосредственно до её металлической подложки. Через пару секунд микросхема полностью отрубилась. Убрал паяльник — через 3 секунды микросхема опять заработала. Так успешно повторил несколько раз. Вывод — термозащита работает, но видимо не на всех микросхемах или не во всех режимах. Далее, был изготовлен и установлен более-менее нормальный радиатор на всё это безобразие. Радиатор — половинка от древнего процессорного кулера. К плате прилепил на термоскотч. Если будет недостаточно, приклею на теплопроводящий клей Диодную сборку отавил ту-же и прикрутил к радиатору через изолятор, чтобы не выносить ВЧ импульсы на него.

Ради эксперимента, попробовал поставить дроссель T80-26 33мкГн, но он оказался с огромным запасом по мощности и почти не грелся, смысла его оставлять не было, поставил назад T60-26 30мкГн После переделок, с установленным радиатором и увеличенным дросселем проверил температуры основных компонентов (пирометром), КПД и пульсации в разных режимах работы.5В 1А Радиатор и диод 35°С ШИМ контроллер 36°С Дроссель 39°С Шунт 33°С КПД 88%5В 2А Радиатор и диод 39°С ШИМ контроллер 42°С Дроссель 44°С Шунт 42°С КПД 86 %2В 3А Радиатор и диод 47°С ШИМ контроллер 51°С Дроссель 51°С Шунт 55°С КПД 78%5В 3А Радиатор и диод 46°С ШИМ контроллер 51°С Дроссель 52°С Шунт 55°С КПД 85%10В 3А Радиатор и диод 45°С ШИМ контроллер 57°С Дроссель 51°С Шунт 57°С КПД 90%5В 4А Радиатор и диод 57°С ШИМ контроллер 68°С Дроссель 64°С Шунт 73°С (реально еще выше) КПД 82%5В 5А Радиатор и диод 67°С ШИМ контроллер 81°С Дроссель 79°С Шунт 96°С (реально еще выше) — перегрев налицо. КПД 78% Размах пульсаций на выходе при максимальном токе 5А — всего 30мВ. Это заслуга высокой частоты преобразования 300кГц и керамического конденсатора на выходе. На рабочих токах более 4А очень желательна замена шунта на 0,025-0,03Ом, что снизит его нагрев и повысит КПД преобразования. Либо можно обойтись улучшением теплосьёма с шунта при помощи толстого медного проводника: На токе 5А температура шунта снизилась до безопасной величины. Для снижения нагрева дросселя попробовал заменить кольцо из распылённого железа -26 на композитное высокочастотное T60 с материнской платы (материал неизвестен), провод 0,9мм 23 витка, индуктивность 18мкГн Нагрев дросселя заметно снизился — его и оставил. Добавил резистор 330 Ом последовательно в цепи обратной связи, чтобы токоограничение работало при минимальном выходном напряжении.

Окончательный вариант схемы получился такой: Ради интереса, проверил форму напряжения на диоде при разном выходном напряжении, но одинаковом токе 1А 1В 3В 5В 8В 10В 12В Примечательно, что ток нагрузки почти не меняет форму напряжения на диоде, поэтому нет смысла её показывать. Переделанная плата успешно отработала сутки в режиме 5В 5А без заметной деградации и дрейфа параметров и настроек. Дополнительно проверил работу схемы при входном напряжении 24V на выходном токе 5А при разных выходных напряжениях — проблем с перегревом и перегрузкой не обнаружено несмотря на выходную мощность до 110Вт (22В 5А). Итоговые выводы: — Без переделки и дополнительного охлаждения, плата безопасно вытянет максимум 2,5А-3А — Штатный диод перегревается сильнее всех элементов и подогревает рядом расположенный конденсатор и микросхему, поэтому вынос его на радиатор очень помогает выжать из платы обещанные амперы. — Хоть микросхема по спецификации и тянет 5A, но получить их надо ещё постараться. — Охлаждение элементов радиатором через плату неэффективно, но вполне возможно. — Отремонтировать и улучшить можно что угодно, но иногда это нецелесообразно. XL4005 5A CC CV Buck Step-down Power Supply Module Lithium Charger for arduino за US $5.08.XL4005 — это регулируемый преобразователь постоянного напряжения с функцией ограничения тока, благодаря которой, его можно использовать как универсальную зарядку для аккумуляторов с различной химией, регулируемый лабораторный источник питания, который под силу даже начинающим радиолюбителям, понижающий драйвер для питания светодиодной ленты и т.д. :)<cut>Основные технические характеристики:Входное напряжение: 4.5 — 30 VВыходной ток: 0.1 — 5 AДиапазон регулируемого выходного напряжения: 0.8 — 30 VThe light output range: 0.1 — 5AРабочая температура: от -40°C до +85°CРабочая частота: 300 KHZКПД: 95%Защита: от короткого замыкания и перегреваГабариты : 64.5mm х 28.1mm х 20mmДанное устройства было закуплено с целью сделать зарядное для внешнего аккумулятора к вспышке, что я описал ранее, а если быть более точным — чтобы переделать мое зарядное для автомобиля в универсальное с возможностью заряжать как 12 вольтные так и 6 вольтовые аккумуляторы. Но на данном этапе я взял какое-то старое_зарядное_не_знаю_от_чего из того барахла, что нашлось дома, разобрал, убрал начинку оставив только трансформатор и добавил диодный мост с электролитом. Подключил это чудо к платке, исходя из параметров данного аккумулятора, с помощью мультиметра, высокоточными подстроечными резисторами выставил напряжение зарядки 7.2В и максимальный ток 0.25А. В процессе зарядки светодиод горит красным, когда аккумулятор полностью заряжен, ток уменьшается практически до нуля и светодиод светит зеленым.Ну вот и все… Хотя, пожалуй, стоит добавить вот еще что — разновидностей платок, подобных этой, существует множество, в том числе мне попадались с встроенными вольтметром и амперметром, так что найдется на любой вкус и цвет :)</cut>

Модуль на XL4015 имеет КПД до 96%, мощность в нагрузке 75ВТ, при максимальном токе 5А. Питается модуль от 6В до 38В, выходное напряжение от 1,25В до 36В. Надо помнить, что разница между входящим и исходящим напряжением не менее 2В. В микросхеме есть защита от перегрева кристалла, а так же защита от короткого замыкания.

Выглядит модуль вот так Размеры модуля 26*62*16ММ. Высота замерена по самой высокой детали, дросселю. Пора перейти к схеме модуля с регулировкой напряжения и тока XL4015Схема преобразователя XL4015

Ограничение напряжения устанавливается переменным резистором CV 10к в составе резисторного делителя R3иCV Ограничение выходного тока построено на датчике тока которым выступает шунт на 0,05Ом. Падение напряжения на нем сравнивается с напряжением на компараторе, установленным переменным резистором СС 1к. Индикация работы в режиме стабилизатора тока осуществляется красным светодиодом На втором ОУ собран индикатор нагрузки. Если нагрузка меньше 9% от максимального тока, светится зеленый светодиод, если нагрузка больше- синий светодиод

Смысл от от этого индикатора в блоке питания считаю бесполезным, а вот сигнализатор токов удобно использовать как индикатор заряда аккумулятора.

Испытания XL4015 Пришло испытать модуль На вход подаю напряжение 23В от конденсаторного фильтра лабораторного блока питания, нагрузка на модуле лампа 12В с мото фары ближний свет Напряжение под нагрузкой просело до 18,6В при токе 4А, напряжение на выходе 12,3В ток 4А. Если мои расчеты верны то КПД этой схемы 65%. Под такой нагрузкой за первые 5 минут схема хорошенько нагрелась, проработала еще пол часа и испустила дух.

Тот самый белым дым, на котором работают все микросхемы и транзисторы, микросхема выпустила. После замены микросхемы и диода все нормально заработало, но я больше ее та не нагружал. Скорее всего первым умер диод и увел за собой микросхему Плата после замены, диод временно заменил на двойной диод с блока питания ПК Микросхема выглядит вот так Вывод напрашивается такой, модуль преобразователя XL4015 великолепно подходит для многих задач и несомненно найдет место в мастерской, но с отводом тепла надо что-то делать Рекомендую посмотреть статью про универсальное зарядное плюс блок питания на Xl4015

Покупка модуля XL4015 Пару слов о том, где прикупить такой модуль. Естественно, лучшая цена за товар будет именно при заказе с Китая. Проблематично ждать месяц, но если уж экономить,то лучше при прямой покупке Приобрести модули можно по этой ссылке цена за один 92 рубля, доставка бесплатна

С ув. Эдуард