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.
Чип LM2596 - древний, как мир. Наиболее современные решения сейчас основаны на преобразователях с синхронным выпрямлением, наиболее эффективными при работе с низкими напряжениями (именно такие применяются в материнских платах для питания процессоров и памяти). Но, если речь идёт о преобразователях "широкого профиля", то в этом случае и добрый старый LM2596 ещё послужит. А дополнительную "изюминку" преобразователю придаёт встроенный вольтметр.
Микросхема LM2596 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 - около $1.5 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:
• Входное напряжение: 4.5...40 В
• Выходное напряжение: 1.25...37 В
• Максимальный ток выхода: 3 А
• Минимальное превышение входного напряжения над выходным: 1.16 В
• Габариты: 66 x 36 x 14 мм
• Вес: 23 г
• Рабочая температура окружающей среды: -45...+85°С
Схема преобразователя, как такового (без вольтметра), очень проста (взята из datasheet LM2596):
В этом же документе приведены рекомендации по номиналам элементов и их расчётам:
В тестируемом DC-DC преобразователе эти рекомендации выполнены не в полной мере: номинал входного электролита составляет 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 зелёный светодиод "IN"):
Пример работы вольтметра с измерением выходного напряжения (светится светодиод "OUT" - он тоже зелёный, но лучше был бы другого цвета):
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:
• Вход: 10 В / 0.63 А; Выход: 3 В / 1.5 А; КПД 71%
• Вход: 10 В / 2.35 А; Выход: 6 В / 2 А; КПД 77%
КПД преобразователя примерно соответствует КПД, заявленному производителем для LM2596 в пределах от 73% при выходном напряжении 3 В и до 90% при выходном напряжении 12 В.
Осциллограмма напряжения в точке соединения микросхемы LM2596 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.
В datasheet на LM2596 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):
Тепловые снимки делались тепловизором UNI-T Uti120Mobile (120*90 пикселей, обзор).
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 и никакой опасности не представляет.
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 любые устройства 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.
Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
Весь раздел "Сделай сам! (DIY)" сайта Smartpuls.ru - здесь.