Обзор

Понижающий DC-DC преобразователь на LM2596 со встроенным вольтметром

     Оглавление:

   1. Внешний вид и технические характеристики понижающего DC-DC преобразователя со встроенным вольтметром

   2. Тестирование

   3. Окончательный диагноз
 

Предисловие

Обзор посвящен относительно мощному понижающему DC-DC преобразователю с вольтметром, позволяющем контролировать как входное, так и выходное напряжение. Преобразователь способен отдать выходной ток до 3 А при напряжении до 37 В.

(Изображение с Алиэкспресс, кликнуть для увеличения)

Преобразователь основан на "вечно молодой" микросхеме LM2596, которая уже много лет служит в различных устройствах как надёжный компонент с высокими техническими параметрами.

Микросхема выпускается в различных вариантах, как на фиксированные выходные напряжения, так и с возможностью их регулировки (LM2596 ADJ).

Купить тестируемый преобразователь можно на Алиэкспресс здесь, а также и у многих других продавцов. Цена на дату обзора - от $1.8 до $2.5 с учётом доставки.

Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
 

Внешний вид и технические характеристики понижающего DC-DC преобразователя со встроенным вольтметром

Устройство представляет собой бескорпусную плату с устройствами регулировки и индикации:

На плате расположено множество элементов, но лишь небольшая часть их относится собственно к преобразователю. Наибольшая же их часть относится ко встроенному вольтметру.

Помимо 3-разрядного светодиодного индикатора, к вольтметру относятся: аналого-цифровой процессор (микроконтроллер), расположенный под индикатором; кнопка переключения измеряемого параметра (входное или выходное напряжения); пара светодиодов (индицируют, какой именно параметр измеряется) и мелкая обвязка, отвечающая за питание микроконтроллера и индикатора.

Технические характеристики DC-DC преобразователя перечислены в следующей таблице:

Схема преобразователя, как такового (без вольтметра), очень проста (взята из datasheet LM2596):

Также в datasheet LM2596 приведены рекомендации по номиналам элементов и их расчётам:

В тестируемом DC-DC преобразователе эти рекомендации выполнены не в полной мере: номинал входного электролита равен 100 мкФ вместо рекомендуемого 470 мкФ.

В связи с этим рекомендуется добавить недостающую ёмкость со сторону источника питания этого преобразователя.

Вместо рекомендуемого диода с предельным током 5 А установлен диод SS36 с предельным током 3 А, что не совсем хорошо, учитывая отсутствие запаса по этому параметру (преобразователь рассчитан на эту же величину тока).

В качестве резистора R2 (на схеме) использован многооборотный подстроечник (обозначен VR1 на плате), см. следующее фото:

Посмотрим на обратную сторону платы:

Здесь с чувством глубокого удовлетворения отметим, что обратная сторона по максимуму покрыта омеднением. И это - очень хорошо, поскольку это омеднение, по сути, и является единственным теплоотводом преобразователя.

Теперь посмотрим, как работает встроенный вольтметр преобразователя.

Управляет им единственная кнопка, расположенная на плате. При её нажатии вольтметр переключается с измерения входного напряжения на выходное и обратно; а расположенные на плате два светодиода показывают, какое именно из напряжений измеряется в данный момент.

Пример работы вольтметра с измерением входного напряжения (светится светодиод "IN"):

Пример работы вольтметра с измерением выходного напряжения (светится светодиод "OUT"):

Теперь переходим к тестам.

Тестирование понижающего DC-DC преобразователя на LM2596 со встроенным вольтметром

Тестирование начинаем с измерения потребляемого тока на холостом ходу (без нагрузки).

Ток холостого хода измерялся при установке выходного напряжения на 5 В.

При входном напряжении 10 В потребляемый ток составил  24 мА, при входном напряжении 32 В потребляемый ток составил 29 мА.

При этом можно предположить, что значительную часть этого тока потребляет встроенный вольтметр.

Следующая проверка - на точность работы встроенного вольтметра.

Сравнение его показаний с показаниями мультиметра показало, что расхождение между ними при высоких напряжениях (20-30 В) не превосходит 1.5%.

При низких напряжениях ограничением точности становится цена деления младшего разряда, составляющая 0.1 В.

Теперь проверим работу преобразователя под нагрузкой в двух вариантах: при токе в 0.5 от максимально-допустимого и равном максимально-допустимому.

В качестве нагрузки использовался мощный резистор номиналом 2 Ом; результаты приведены в таблице:

КПД преобразователя примерно соответствует КПД, заявленному производителем для LM2596 и составляющему от 73% при выходном напряжении 3 В и до 90% при выходном напряжении 12 В.

Осциллограмма напряжения в точке соединения микросхемы LM2596S с индуктивностью оказалась необычна:

Импульсы преобразования, как оказалось, идут не одиночные, а пачками по три импульса.

Соответствующую форму имеют и пульсации на выходе преобразователя:

Осциллограммы сняты при входном напряжении 10 В, выходном 3 В и токе выхода 1.5 А.

Возможно, это особенность протестированного экземпляра; но она работе устройства не вредит и представляет только научно-познавательный интерес.

В datasheet для дальнейшего снижения пульсаций рекомендуется использовать дополнительные LC-фильтры.

Теперь посмотрим на тепловые снимки преобразователя для оценки допустимых режимов его работы.

Первый снимок - в режиме тока выхода 1.5 А (входное напряжение 10 В, выходное - 3 В):

Самые яркие (горячие) точки на снимке - это ожидаемо сама микросхема LM2596 и выпрямительный диод SS36.

Максимальная температура составила 68 градусов. Это, хотя уже и очень тепло, но вполне допустимо.

Теперь - второй теплоснимок, сделанный при токе выхода 3 А (входное напряжение 10 В, выходное - 6 В):

В этом режиме наиболее горячий элемент - уже только один, микросхема LM2596. Её температура составила почти 120 градусов!

Такая температура уже вплотную подбирается к максимально-допустимой в 125 градусов. Иными словами, такой режим опасен для здоровья и жизни преобразователя.

На этом можно перейти к окончательным итогам.

Окончательный диагноз DC-DC преобразователя на LM2596 со встроенным вольтметром

Преобразователь представляет собой законченное устройство, сразу готовое к работе.

Из особенностей, в первую очередь, надо отметить, что не следует этот преобразователь использовать в режиме с током выхода, равным максимально-допустимому току в 3 А: возможен перегрев и выход из строя.

Правильнее всего его будет эксплуатировать в соответствии с исторически сложившейся и рекомендованной для повышения надёжности традицией: использовать по максимально-допустимым параметрам не более, чем на 75-80%. В данном случае это будет означать, что выходной ток не должен превышать 2.4 А.

Также для улучшения работы и дополнительного подавления пульсаций можно использовать дополнительные конденсаторы, подключенные снаружи со стороны входа и выхода.

Купить протестированный преобразователь можно на Алиэкспресс здесь, а также и у многих других продавцов.

Если наличие вольтметра не обязательно, то можно купить плату преобразователя с такими же параметрами дешевле, например, здесь (и сама плата будет меньше по габаритам).

Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158

Весь раздел "Сделай сам! (DIY)" - здесь.

  Ваш Доктор.
 03 января 2022 г.

Вступайте в группу SmartPuls.Ru  Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

  Комментарии вКонтакте:

При копировании (перепечатке) материалов ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!