Китайські модулі регульованих перетворювачів напруги. Радіодеталі та модулі з Aliexpress. Підвищуючий стабілізатор напруги (Troyka-модуль)

Підвищує перетворювач з напруги 3 в 12 Вольт - огляд та тестування готового модуля. Досить часто електронний пристрій вимагає такої напруги живлення, яку не можна забезпечити від 1-2 гальванічних елементів, а живлення від батареї з великої кількості елементів неприйнятне з тих чи інших причин, наприклад, у зв'язку з масогабаритними обмеженнями.

Ще однією проблемою батарей, що збираються з великої кількості окремих елементів, є зниження надійності. Якщо з'єднання між елементами виконано чисто механічно, без паяння або зварювання, велика ймовірність порушення будь-якого з численних контактів. Причиною цього може бути окислення місця контакту, вислизання гальванічного елемента з колодки від вібрації тощо. Якщо гальванічні елементи з'єднані послідовно, а так найчастіше і буває, це призведе до знеструмлення пристрою.

З цих причин може бути вигідним живити радіоелектронний пристрій від невеликої батареї через підвищуючий перетворювач, який перетворює низьку постійну напругу джерела струму на більш високу постійну напругу, що подається на вхід електронного пристрою. Прикладом такого перетворювача може бути модуль SX1308, придбаний на www.aliexpress.com

За заявою продавця прилад працездатний в діапазоні вхідної напруги 2-24 В, даючи при цьому на виході напругу 2-28 В. Як заявляє виробник, модуль може бути навантажений струмом до 2 А, що дивлячись на розміри модуля і повну відсутність яких-небудь спеціальних заходів для охолодження пристрою викликає певні сумніви, у разі якщо йдеться про довгостроковій роботі.

Конструктивно модуль є друкованою платою розміром 23 х 16 х 14 мм. Для підключення джерела живлення та навантаження передбачені марковані металізовані отвори.

Для тестування пристрою було зібрано таку схему:

Як навантаження використаний резистор ПЕВ-25, опором 510 Ом. Резистор такої потужності використаний, щоб струм, що протікає через нього, не зміг привести до помітного нагрівання резистора, а, отже, до зміни його опору.

Результати вимірювання представлені у таблицях 1 та 2

Таблиця 1 Випробування модуля SX1308 з навантаженням ПЕВ-25510 Ом

• 7,3 3,14 3,17
• 12,3 3.13 4,09
• 18,9 3,13 5,02
• 29,7 3,11 6,03
• 42,0 3,10 7,01
• 56,5 3,07 8,05
• 76,7 3,05 9,05
• 100 3,03 10,01
• 130 3,00 11,00
• 147 2,95 12,02

Таблиця 2 Випробування модуля SX1308 на холостому ході

• Вхідний струм, мА Вхідна напруга, Вихідна напруга, В
• 8,7 3,08 15,1
• 16,4 3,07 20,2
• 28 3,06 25,1
• 42 3,05 30,8

Як видно з наведених вище вимірювань, отримати заявлене ККД у 95% не вдалося. У цьому слід пам'ятати, що з великому значенні вихідної напруги сильно збільшується струм, споживаний самим перетворювачем. Слід зазначити, що це підвищує перетворювач, тобто. на його виході напруга завжди більша за напругу живлення. Регулювання напруги здійснюється за допомогою багатооборотного підстроювального резистора. Загалом завдяки малим розмірам модуль добре підходить для портативних пристроїв із невеликим енергоспоживанням. Зокрема, за допомогою модуля SX1308 можна організувати живлення плат

Пристроями з батарейним живленням зараз уже нікого не здивуєш, всіляких іграшок і гаджетів, що живляться від акумулятора або батарейки, знайдеться з десяток у кожному будинку. Тим часом мало хто замислювався над кількістю різноманітних перетворювачів, які використовуються для отримання необхідних напруг або струмів від стандартних батарей. Ці самі перетворювачі діляться на кілька десятків різних груп, кожна зі своїми особливостями, проте в даний момент часу ми говоримо про перетворювачі напруги, що знижують і підвищують, які найчастіше називаються AC/DC і DC/DC перетворювачами. У більшості випадків для побудови таких конвертерів використовуються спеціалізовані мікросхеми, що дозволяють з мінімальною кількістю обв'язки побудувати перетворювач певної топології, благо мікросхем харчування на ринку зараз дуже багато.

Розглядати особливості застосування цих мікросхем можна нескінченно довго, особливо з урахуванням цілої бібліотеки даташитів та апноутів від виробників, а також незліченної кількості умовно-рекламних оглядів від представників конкуруючих фірм, кожна з яких намагається представити свій продукт найбільш якісним та універсальним. Цього разу ми будемо використовувати дискретні елементи, на яких зберемо кілька найпростіших перетворювачів, що підвищують DC/DC, що служать для того, щоб запитати невеликий малопотужний пристрій, наприклад, світлодіод, від 1 батарейки з напругою 1,5 вольт. Дані перетворювачі напруги можна сміливо вважати проектом вихідного дня та рекомендувати для складання тим, хто робить свої перші кроки у дивовижний світ електроніки.

На цій схемі представлений релаксаційний автогенератор, що є блокінг-генератором з зустрічним включенням обмоток трансформатора. Принцип роботи даного перетворювача наступний: при включенні струм протікає через одну з обмоток трансформатора і емітерний перехід транзистора - відкриває його, в результаті чого він відкривається і більший струм починає текти через другу обмотку трансформатора і відкритий транзистор. В результаті в обмотці, підключеної до бази транзистора, наводиться ЕРС, що замикає транзистор і струм через нього обривається. У цей момент енергія, запасена в магнітному полі трансформатора, в результаті явища самоіндукції, вивільняється і через світлодіод починає протікати струм, що змушує світитися. Потім процес повторюється.

Компоненти, з яких можна зібрати цей простий перетворювач напруги, що підвищує, можуть бути зовсім різними. Схема, зібрана без помилок, з величезною часткою ймовірності коректно працюватиме. Ми пробували використовувати навіть транзистор МП37Б – перетворювач відмінно функціонує! Найскладнішим є виготовлення трансформатора – його треба намотати здвоєним проводом на феритовому кільці, при цьому кількість витків не відіграє особливої ​​ролі і знаходиться в діапазоні від 15 до 30. Менше – не завжди працює, більше – не має сенсу. Ферріт - кожен, брати N87 від Epcos не має особливого сенсу, так само як і шукати M6000НН вітчизняного виробництва. Струми в ланцюзі протікають мізерні, тому розмір кільця може бути дуже невеликим, зовнішнього діаметра в 10 мм буде більш ніж достатньо. Резистор опором близько 1 кілома (жодної різниці між резисторами номіналом в 750 Ом і 1,5 КОм виявлено не було). Транзистор бажано вибрати з мінімальною напругою насичення, чим вона менша - тим більше розряджену батарейку можна використовувати. Експериментально було перевірено: МП 37Б, BC337, 2N3904, MPSH10. Світлодіод - будь-який наявний, з застереженням, що потужний багатокристальний світиться не на повну силу.

Зібраний пристрій виглядає так:

Розмір плати 15 х 30 мм, і може бути зменшений менш ніж до 1 квадратного сантиметра при використанні SMD-компонентів і досить маленького трансформатора. Без навантаження ця схема не працює.

Друга схема - це типовий степ-ап перетворювач, виконаний на двох транзисторах. Плюсом даної схеми є те, що при її виготовленні не треба мотати трансформатор, а достатньо взяти готовий дросель, але містить більше деталей, ніж попередня.

Принцип роботи зводиться до того, що струм через дросель періодично переривається транзистором VT2, а енергія самоіндукції прямує через діод в конденсатор C1 і віддається навантаження. Знову ж таки, схема працездатна з абсолютно різними компонентами та номіналами елементів. Транзистор VT1 може бути BC556 або BC327, а VT2 BC546 або BC337, діод VD1 - будь-який діод Шоттки, наприклад, 1N5818. Конденсатор C1 - будь-якого типу, ємністю від 1 до 33 мкФ, більше не має сенсу, тим більше, що можна взагалі обійтися без нього. Резистори - потужністю 0,125 або 0,25 Вт (хоча можна поставити і потужні дротяні, ват так на 10, але це швидше марнотратство ніж необхідність) наступних номіналів: R1 - 750 Ом, R2 - 220 КОм, R3 - 100 КОм. При цьому, всі номінали резисторів можуть бути вільно замінені на наявні в межах 10-15% від зазначених, на працездатності правильно зібраної схеми це не позначається, проте впливає на мінімальну напругу, при якому може працювати наш перетворювач.

Найважливіша деталь – дросель L1, його номінал також може відрізнятись від 100 до 470 мкГн (експериментально перевірені номінали до 1 мГн – схема працює стабільно), а струм на який він має бути розрахований не перевищує 100 мА. Світлодіод - будь-який, знову ж таки з урахуванням того, що вихідна потужність схеми дуже невелика. Правильно зібраний пристрій відразу починає працювати і не потребує налаштування.

Напруга на виході можна стабілізувати, встановивши стабілітрон необхідного номіналу паралельно конденсатору C1, однак слід пам'ятати, що при підключенні споживача напруга може просідати і стає недостатньою.УВАГА! Без навантаження дана схема може виробляти напругу в десятки чи навіть сотні вольт! У разі використання без стабілізуючого елемента на виході, конденсатор C1 виявиться зарядженим до максимальної напруги, що у разі подальшого підключення навантаження може призвести до її виходу з ладу!

Перетворювач також виконаний на платі розміром 30х15 мм, що дозволяє прикріпити його на батарейний відсік типу розміру AA. Розведення друкованої плати виглядає так:

Обидві прості схеми перетворювачів, що підвищують, можна зробити своїми руками із успіхом застосовувати в похідних умовах, наприклад, у ліхтарі або світильнику для освітлення намету, а також у різних електронних саморобках, для яких критично використання мінімальної кількості елементів живлення.

Підвищує модуль sx1308. Є високочастотним, тому відрізняється малими розмірами, привабливою ціною і низьким споживанням холостого ходу. На цей раз, доставка в RU - безкоштовна, але не для KZ = (
Найнижча ціна, що на момент публікації існує на Ali.
У додатку та для фанатів, як я зрозумів, ціна ще нижча =)
Ну а оскільки, кидати посилання на акцію скушно, мало тексту, і нічого робити, то під спойлером, можна подивитися на предмет знижки трохи уважніше для того, щоб ви змогли прикинути і вирішити - треба це вам чи ні =)

необов'язкова інформація

Попередньо, при вхідному 4.2v я виставив напругу на виході sx1308 – 4,99v.

Поїхали вниз.
Отже, на вході 1.6v на виході напруга трохи менша:


Але вже при вхідній напрузі 1.7v-1.8v напруга на виході досягає встановленого значення:


Але, чи є за такої вхідної напруги стабілізація? З довідкового листа доступні два цікаві графіки залежності вихідних струмів і напруг від вхідних, і як стало зрозуміло на досвіді, при підключенні навантаження (15.7ом у холодному стані), напруга на виході падає:


Навантаження було відключено, напруга на виході встановилася у колишнє значення, і я підняв вхідний до 2.0v


Підключаю навантаження, щоб перевірити стабілізацію, та


Відмінний результат. При струмі споживання від джерела напруги вище одного ампера, вихідна напруга віддається модулем впала всього лише 0.02v і це враховуючи те, що мої вимірювання не лабораторні, а показові.
Я підкоротив своє саморобне навантаження до зразкових гарячих 8ом і, напруга на виході модуля – впала


Далі я невеликими кроками піднімав напругу на вході модуля, вихідне, як ви можете бачити, – залишалося на встановленому раніше рівні.


Я вирішив майже закоротити своє навантаження, а за тим, замінити її відрізком дроту 60см, результати нижче:


Як бачите, у першому випадку напруга на виході очікувано просіла, але це екстремальний випадок.
У другому випадку, глибоке зниження на виході модуля, трохи торкнулося і вхідного, але не дуже суттєво, на мою радість =)
За час цих маніпуляцій, зворотний бік модуля відчутно нагрівся.

інше.
Струм холостого ходу при вхідній напрузі 4.1v -4.2v і вихідному 5v не досяг і одного міліампера, що загалом, натякає на те, що модуль можна і не відключати від (допустимо) літієвого елемента


Однак, якщо напруга на елементі знизилася б до 2.6v, то при тих же 5v на виході - струм холостого ходу зріс у півтора рази, і (OMG), досягнув би рівня споживання настінного кварцового годинника з масивною секундною стрілкою.
Втім, це турбота плати захисту акумулятора від глибокого розряду.


Вже закінчуючи цю писанину, я згадав, що раніше як вигадав портативне джерело +12v зібране на двох паралельно з'єднаних літієвих елементах і одному модулі MT3608.
Я вирішив перевірити, а яка картина на мене чекала б, якби я нагородив ДБЖ для роутера, що вимагає 0.7 (брехня насправді) ампера при 9 вольтах?


при навантаженні на тугіше спіраль 17ом


charmant - charmant
Як видно, просідання напруги склала всього 0.2v.

sub_tota l:
- загалом саме такий модуль я прилаштовував для регулювання обертів USB вентилятора, і це окрема пісня. один такий модуль (як і писав спочатку), я спалив. але і це, якраз спонукало мене на наступні експерименти і вони, позитивні;
- як я боровся з «неконтактом» змінного резистора – якщо вистачить терпіння як писати напишу;
- У вимірах я користувався тим, що зробив сам. мова про аматорські виміри, не лабораторні.
- думається мені, що цього достатньо для побіжного уявлення про те, що собою являє цей модуль на практиці.

total.
- у мене немає осцилографа, але є TECSUN pl 660 – перешкод при живленні від цього модуля приймач не отримав;
- хоч і без осцилографа, але по струму холостого ходу видно, що мікросхема в залежності від рівня вхідної напруги змінює шпаруватість імпульсу, що управляє, як це і описано в довідковому листку;
- мікросхема витримує заявлені ампери, правда, охолодження модуля все ж таки знадобиться;
- низький струм холостого ходу, на відміну від MT3608, що відбирає просто так 8ма;
- виробником заявлено термічний захист - чому б їй і не бути?
- ця мікросхема та сама, що описана в довідковому листку =)
je suis si heureux, mon bebé.

p.c.
Акція (я маю такі підозри), триватиме якийсь час – дуже можливо, що деякий тривалий час.
Але, це як ви розумієте, залежить від кількості таких модулів, які є у торговця.
Практику ви знаєте – як тільки товар добігає кінця, продавець піднімає ціну щоб залишити деяку кількість товару до наступного поповнення.

Так він себе показав у

Як прикро, коли компактну схему псує величезний блок батарейок. Більша частина плат вимагає стабілізованої напруги 5 В, тому доводиться використовувати щонайменше 4 алкалінових батарейок AA або 6 NiMH-акумуляторів і підключати їх через знижувальний стабілізатор. Вирішити цю проблему можна скориставшись стабілізатором, що підвищує напругу і одночасно зробить його стабільним.

За допомогою цього модуля ви можете зібрати мініатюрний пристрій, що живиться хоч від годинникової батареї на 3 В. Аби вистачило струмовіддачі батареї. З тим самим успіхом можна замінити малоємну «Крону» на блок із двох пальчикових або мізинчикових батарейок.

Вихідна напруга задається тримером. Діапазон вихідної напруги - 5-28 В. Розмітки на тримера немає, тому для перевірки правильності завдання напруги знадобиться вольтметр .

Мінімальна вхідна напруга модуля - 2,7, що дозволяє запитувати пристрої всього від одного елемента Li-Ion або двох алкалінових батарейок.

Будь-які перетворення енергії у реальних умовах супроводжуються втратами. Але ми постаралися отримати якомога вищий ККД. Для нашого модуля він становить 0,8…0,9 залежно від різниці напруги на вході і виході, і струму споживача.

Щоб легко було зрозуміти, чи є на виході напруга чи ні, ми передбачили світлодіод. Його яскравість майже залежить від вихідної напруги, т.к. запитується через спеціальну схему.

Основою модуля є мікросхема.

Підключення

Підключення цього Troyka-модуля відрізняється від стандартного: замість трипровідного роз'єму він має два двоконтактні клемники. Один з них – це вхідні живлення та земля, інший – вихідні. Землі входу та виходу електрично з'єднані один з одним. Для зручності ми помістили позначення "GND", "Vin" і "Vout" прямо на плату поряд з клемниками.

Характеристики

• Вхідна напруга: 2,7-14 В
• Вихідна напруга: 5-28 В
• Максимальний вихідний струм: 0,8 А
• ККД: 0,8…0,9 залежно від різниці напруги на вході і виході, і струму
• Габарити: 25,4×25,4 мм

Іноді треба отримати високу напругу з низької. Наприклад, для високовольтного програматора, що живиться від 5ти вольтового USB, надибать десь 12 вольт.

Як бути? І тому існують схеми DC-DC перетворення. А також спеціалізовані мікросхеми, що дозволяють вирішити це завдання за десяток деталей.

Принцип роботи
Отже, як зробити з, наприклад, п'яти вольт щось більше, ніж п'ять? Способів можна вигадати багато — наприклад заряджати конденсатори паралельно, а потім перемикати послідовно. І так багато разів на секунду. Але є спосіб простіше з використанням властивостей індуктивності зберігати силу струму.

Щоб було гранично зрозуміло, покажу спочатку приклад для сантехніків.

Фаза 1

Заслінка різко закривається. Потоку більше подітися нікуди, а турбіна, розігнаною продовжує тиснути рідина вперед, т.к. не може миттєво встати. Причому тисне вона її з силою більшою ніж може розвинути джерело. Гонить жижу через клапан акумулятор тиску. Звідки ж частина (вже з підвищеним тиском) йде у споживач. Звідки завдяки клапану вже не повертається.

Фаза 3

І знову заслінка закривається, а турбіна починає люто продавлювати рідину в акумулятор. Поповнюючи втрати, які там утворилися на фазі 3.

Назад до схем
Вилазимо з підвалу, скидаємо фуфайку сантехніка, закидаємо газовий ключ у кут і з новими знаннями починаємо городити схему.

Замість турбіни у нас цілком підійде індуктивність у вигляді дроселя. Як заслінка звичайний ключ (на практиці - транзистор), як клапан природно діод, а роль акумулятора тиску візьме на себе конденсатор. Хто як не здатний накопичувати потенціал. Усі, перетворювач готовий!

Фаза 1

Ключ розмикається, але котушку не зупинити. Запасена в магнітному полі енергія рветься назовні, струм прагне підтримуватися тому ж рівні, що у момент розмикання ключа. В результаті, напруга на виході з котушки різко підскакує (щоб пробити шлях струму) і прорвавшись крізь діод, набивається в конденсатор. Та й частина енергії йде в навантаження.

Фаза 3

Ключ розмикається і енергія з котушки знову ломиться через діод в конденсатор, підвищуючи напругу, що просіла за час фази 3. Цикл замикається.

Як видно з процесу, видно, що за рахунок більшого струму з джерела ми набиваємо напругу на споживача. Так що рівність потужностей тут має дотримуватися залізно. В ідеальному випадку, при ККД перетворювача 100%:

U іст *I іст = U потр *I потр

Так що якщо наш споживач вимагає 12 вольт і їсть при цьому 1А, то з 5 вольтового джерела в перетворювач потрібно годувати цілих 2.4А. При цьому я не врахував втрат джерела, хоча зазвичай вони не дуже великі (ККД зазвичай близько 80-90%).

Якщо джерело слабке і віддати 2.4 ампера не в змозі, то на 12 вольтах підуть дикі пульсації і зниження напруги - споживач буде зжирати вміст конденсатора швидше ніж його туди закидатиме джерело.

Схемотехніка
Готових рішень DC-DC є дуже багато. Як у вигляді мікроблоків, так і спеціалізованих мікросхем. Я ж не мудруватиму і для демонстрації досвіду наведу приклад схеми на MC34063A, яку вже використовував у прикладі.

• SWC/SWE висновки транзисторного ключа мікросхеми SWC – це його колектор, а SWE – емітер. Максимальний струм, який він може витягнути - 1.5А вхідного струму, але можна підключити і зовнішній транзистор на будь-який бажаний струм (докладніше в датасіті на мікросхему).
• DRC – колектор складеного транзистора
• IPK - вхід струмового захисту. Туди знімається напруга з шунта Rsc якщо струм буде перевищений і напруга на шунті (Upk = I * Rsc) стане вище 0.3 вольта, то перетворювач заглухне. Тобто. для обмеження вхідного струму 1А треба поставити резистор на 0.3 Ом. У мене на 0.3 ома резистора не було, тому я поставив туди перемичку. Працюватиме, але без захисту. Якщо щось, то мікросхему в мене вб'є.
• TC – вхід конденсатора, що задає частоту роботи.
• CII – вхід компаратора. Коли цей вход напруга нижче 1.25 вольт — ключ генерує імпульси, перетворювач працює. Як тільки стає більше – вимикається. Сюди через дільник на R1 і R2 заводиться напруга зворотного зв'язку з виходу. Причому дільник підбирається таким чином, щоб коли на виході виникне потрібна нам напруга, то на вході компаратора виявиться 1.25 вольт. Далі все просто — напруга на виході нижча, ніж треба? Молотим. Дійшло до потрібного? Вимикаємось.
• Vcc - Живлення схеми
• GND - Земля

Усі формули з розрахунку номіналів наведені у датасіті. Я ж скопіюю з нього сюди найважливішу для нас таблицю:

Витруїв, спаяв…

Ось так ось. Проста схемка, а дозволяє вирішити низку проблем.