Gw4015 2 описание инструкция по применению на русском

Преобразователь понижающий GW4015-2 DC-DC Uвх=6-38В, Uвых=1,25-36В 5А

Данный обзор посвящён модулю импульсного стабилизатора, который предлагается интернет-магазинами под названием «5A Lithium Charger CV CC Buck Step Down Power Module LED Driver». Таким образом модуль представляет собой импульсный понижающий преобразователь, предназначенный для зарядки литий-ионных аккумуляторов в режимах CV (постоянное напряжение) и СС (постоянный ток), а также для питания светодиодов. Стоит данное устройство около 2-х USD.  Конструктивно модуль представляет собой печатную плату, на которой установлены все элементы, включая сигнальные светодиоды и органы регулировки. Внешний вид модуля представлен на рис.1.

Чертёж печатной платы представлен на рис. 2.

Согласно спецификации изготовителя модуль имеет следующие технические характеристики:

• Входное напряжение 6-38 В постоянного тока.
• Выходное напряжение регулируемое 1.25-36 В постоянного тока.
• Выходной ток 0-5 А (регулируемый).
• Мощность в нагрузке до 75 ВА.
• КПД более 96%. 
• Имеется встроенная защита от перегрева и короткого замыкания в нагрузке.
• Размеры модуля 61.7х26.2х15 мм.
• Масса 20 грамм.

Сочетание невысокой цены, малых размеров и высоких технических характеристик вызвало у автора интерес и желание экспериментально определить основные характеристики модуля.
Производитель не приводит схему электрическую принципиальную, по этому её пришлось рисовать самостоятельно.  Результат этой работы представлен на рис. 3.

Основой устройства является микросхема DA2  XL4015, представляющая собой оригинальную китайскую разработку. Данная микросхема весьма похожа на популярную LM2596, но отличается улучшенными характеристиками. Видимо это достигается применением в качестве силового ключа мощного полевого транзистора. Описание этой микросхемы приведено в Л1. В данном устройстве микросхема включена в полном соответствии с рекомендациями изготовителя. Переменный резистор “CV” является регулятором выходного напряжения.  Цепь регулируемого ограничения выходного тока выполнена на операционном усилителе DA3.1. Этот усилитель сравнивает падение напряжения на токоизмерительном резисторе R9 с  регулируемым напряжением, снимаемым с переменного резистора “CC”. С помощью этого резистора можно задать желаемый уровень ограничения тока в нагрузке стабилизатора.

Если заданное значение тока будет превышено, то на выходе усилителя появится сигнал высокого уровня, красный светодиод HL2 откроется и напряжение на входе 2 микросхемы DA2 повысится, что приведёт к снижению напряжения и тока на выходе стабилизатора. Кроме того свечение HL2 будет сигнализировать о том, что модуль работает в режиме стабилизации тока (СС). Конденсатор С5 должен обеспечивать устойчивость  узла регулирования тока. 

На втором операционном усилителе DA3.2 собран сигнализатор снижения  тока в нагрузке до значения менее  9% от заданного максимального тока. Если ток превышает указанное значение, то светится синий светодиод HL3, в противном случае светится зелёный светодиод HL1. При зарядке литий-ионных аккумуляторов снижение зарядного тока является одним из признаков окончания зарядки. 
На микросхеме DA1 собран стабилизатор с выходным напряжением 5В. Это напряжение используется для питания операционного усилителя DA3, также оно используется для формирования опорного напряжения ограничителя тока и  сигнализатора снижения тока.

Падение напряжения на токоизмерительном резисторе никак не компенсируется, по этому с ростом тока в нагрузке выходное напряжение стабилизатора снижается. Чтобы уменьшить данный  недостаток величина токоизмерительного резистора выбрана достаточно маленькой (0.05 Ома). Из-за этого дрейф операционного усилителя DA3 может вызвать заметную нестабильность как уровня ограничения выходного тока так и уровня срабатывания сигнализатора. 
Испытания модуля показали, что выходное сопротивление стабилизатора в режиме стабилизации напряжения (CV) практически полностью определяется токоизмерительным резистором и составляет около 0.06 Ома.
Коэффициент стабилизации напряжения около 400. 
Для оценки тепловыделения на вход модуля было подано напряжение 12В. На выходе было установлено напряжение 5В при нагрузке сопротивлением 2.5 Ома (ток 2А). Через 30 минут микросхема DA2,  дроссель L1 и диод VD1 нагрелись до  71,  64 и 48 градусов Цельсия соответственно.  

Работа в режиме стабилизации тока в нагрузке (СС) сопровождалась переходом микросхемы DA2 в режим формирования пачек импульсов. Частота следования и длительность пачек изменялись в широких пределах в зависимости от величины тока. Эффект стабилизации тока при этом имел место, но пульсации на выходе модуля существенно возрастали. Кроме того работа устройства в режиме СС сопровождалась довольно громким писком, источником которого являлся дроссель L1. 
Работа сигнализатора снижения тока нареканий не вызвала. Модуль успешно выдерживал короткое замыкание в нагрузке. 

Таким образом модуль работоспособен как в режиме CV, так и в режиме СС, но при его использовании следует учитывать вышеописанные особенности.
Данный обзор написан по результатам исследования одного экземпляра устройства, что делает полученные результаты чисто ориентировочными.
По мнению автора описанный импульсный стабилизатор может быть с успехом использован, если требуется дешёвый, компактный источник питания с удовлетворительными  характеристиками.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

Опубликована: 11.10.2015

4

На этот раз полноценного тестирования не получилось ввиду выхода устройства из строя
Представляет собой понижающий преобразователь напряжения с дополнительной функцией регулируемого токоограничения и контроля. Это может быть полезно не только для зарядки аккумуляторов, но и для защиты от перегрузки и КЗ.

Заявленные технические характеристики:
Размер: 50*26*11 (l * W * h) (мм)
Рабочая температура:-40° до + 85°
Регулирование напряжения: ± 2.5% (вероятно имелась в виду точность поддержания)
Регулировка нагрузки: ± 0.5% (вероятно имелась в виду точность поддержания)
Пульсация выходного сигнала: 20мВ
Частота переключения: 300 кГц
Эффективность преобразования: до 95%
Выходной ток: регулируемый максимально 5А
Выходное напряжение: 0.8 В-30 В
Входное напряжение: 5 В-32 В
Не синхронное выпрямление

Собран на базе XL4005E1 от XLSEMI, которая по параметрам выгодно отличается от популярной LM2596S

www.xlsemi.com/datasheet/XL4005%20datasheet.pdf

На сдвоенном операционном усилителе LM358 собрана схема регулируемого токоограничения и компаратор для индикации окончания заряда.

Реальная принципиальная схема устройства

Выходное напряжение регулируется в пределах от 0,8В до почти входного.
Точность установки малых напряжений (менее 3В) невысока — слишком резко оно меняется при вращении подстроечника. Если необходима высокая точность установки малых выходных напряжений — придётся заменить подстроечник 10кОм на меньший номинал:
1,0кОм — 1,4-3,5В
1,5кОм — 1,4-5В
2,2кОм — 1,4-7В

Выходной ток регулируется в пределах от 0,03А до 5,5А
В качестве датчика тока применён шунт на базе резистора SMD 2512 0,05Ом. Очень часто производители в качестве шунта используют печатную дорожку, что является плохим тоном (ток плавает с нагревом).
Подключение входа и выхода универсальное — клеммник + контакты под пайку.
Имеются дополнительные контакты блокировки работы преобразователя.

Отдельно стоящий красный светодиод показывает работу в режиме ограничения тока. Синий светодиод показывает режим заряда аккумулятора, красный рядом с ним — режим окончания заряда (уменьшение тока до 10% от уставки).

Дроссель явно сделан не под этот преобразователь, т.к. не тянет 5А, намотан в один провод и имеет повышенную индуктивность (40мкГн). Скорее всего это дроссель для преобразователя на LM2596S (3А 150кГц).
Реальная ёмкость конденсаторов 470мкФ оказалась 360мкФ, ESR довольно плохой 0,10 Ом, однако дополнительная керамика должна помочь уменьшить выходные пульсации.
Ещё одна особенность: падение напряжения на шунте не компенсировано, т.е. выходное напряжение немного зависит от нагрузки — на максимальном токе 5А выходное напряжение снижается на 0,25В

Естественно китайцы не смогли не накосячить в схеме
1. При установленном напряжении менее 1,4В некорректно работает схема токоограничения, т.к. операционник уже не может корректировать напряжение на управляющем входе XL4005E1. Решение — добавить сопротивление 200 Ом последовательно с подстроечником. Также, при малом выходном напряжении перестаёт светиться синий светодиод.
2. Напряжение с шунта идёт на входы операционников напрямую без токоограничивающих резисторов. Это может привести к кратковременному повышению напряжения на их входах свыше 5В при замыкании выхода. Решение — добавить резистор 10кОм в разрыв между входами ОУ и шунтом.
3. Уменьшить индуктивность дросселя, просто отмотав с него 6 витков.
После всех доработок схема получается такая:

Проверку производил при входном напряжении 12,5В и выходном напряжении 5В.
На выходном токе 3A XL4005 разогрелась до 65ºС, дроссель до 91ºС, нагрев в допустимых пределах
На выходном токе 4A А XL4005 разогрелась до 82ºС, дроссель до 106ºС, нагрев слишком велик
На выходном токе 5A XL4005 разогрелась до 97ºС, дроссель до 132ºС, быстро перегреваются все силовые элементы включая даже шунт и конденсаторы.
Через 3 минуты такой работы, ток пропал и тестирование пришлось прекратить. Ну, думаю, хорошо, заявленная термозащита XL4005 сработала, но после остывания преобразователь не заработал Остальные элементы не пострадали. Видимо, не стоило максимально нагружать преобразователь без дополнительного радиатора.
Надеюсь, это дефект конкретного экземпляра, а не всей партии.
Преобразователь в дальнейшем буду ремонтировать, как придут заказанные микросхемы.
Претензий продавцу не предъявлял.

Вывод: интересная железка, но заявленный ток 5A совершенно не держит, необходимо ограничиться током не более 2,5-3A

XL4015 представляет собой недорогой понижающий DC-DC-преобразователь от китайских производителей. Он обеспечивает возможность регулировки как выходного напряжения (от 1.25 до 32 В), так и тока (от 0 до 5 А). Имеет низкий заявленный уровень пульсаций и искажений (до 50 мВ). КПД до 96%. Предельная мощность ограничена встроенными защитными функциями.

Несмотря на то, что характеристики xl4015 в datasheet сильно преувеличены производителями и не всегда удовлетворяют ожидания покупателей, в настоящее время он остается достаточно популярным у многих радиолюбителей. Это объясняется не только его дешевизной, но и массовой доступностью. При этом, он неплохо зарекомендовал себя при продолжительной работе с номинальным током в нагрузке от 0 до 2.5 А и стандартными напряжениями 5, 8 и 12 В. К сожалению на большее он все же не рассчитан. Необходимо учитывать это в своих разработках.

Схема подключения

Схема включения и настройка XL4015 E1 очень простая. Модуль имеет клеммы для подачи входного и выходного напряжения. Для отражения состояния работы на плате размещены светодиоды. Более подробная информация представлена на рисунке.

Символы «E1» в маркировке микросхемы, установленной на плате, указывают на наличие безсвинцовой технологии (Pb-free) и соответствие экологическому евростандарту RoHS.

Настройка

Питающий потенциал на входе модуля всегда будет больше, чем на выходе, так как это понижающий  преобразователь. Поэтому получить напряжение на выходе больше, чем на входе используя xl4015 невозможно.

Для его увеличения напряжения (тока) необходимо вращать соответствующие ручку потенциометров, размещенных на плате, по часовой стрелке. Для уменьшения в другую сторону. Таким образом осуществляется настройка необходимых значений выходных параметров.

Дополнительный вольтампертметр

Для отображения информации о значениях напряжения и тока специально для xl4015 разработана дополнительная плата вольтамперметра. Она существенно облегчат задачу конструирования лабораторного блока питания, но к сожалению не продается отдельно.

Основные характеристики

xl4015 — это понижающий регулируемый источник напряжения и тока, его описание на русском довольно часто встречается в интернете. Ниже приведены основные технические характеристики платы:

• напряжение: на входе 8…36 В; на выходе 1.25  … 36 В;
• максимальный выходной ток: до 5 А (с радиатором);
• фиксированная частота переключений до 180 кГц;
• выходные искажения (пульсации) до 50 мВ;
• КПД до 96%;
• выходная мощность – ограничена внутренней защитой;
• рабочая температура: — 40 … +125 ^oC

Минимальное отличие между входным и выходным напряжениями – 0.3 В. При превышении мощности более 35 Вт, необходимо применение охлаждения. Плата оснащена дополнительными защитными функциями от: короткого замыкания (КЗ); выключения при перегреве. Встроенная защита от переплюсовки отсутствует.

Повышение мощности

В большинстве случаев элементной базы xl4015 достаточно для питания различных слаботочных электронных приборов. Однако, как уже отмечалось выше, для нагрузки с током о 4-5 А он не пригоден. Быстро перегревается и переходит в режим защиты.

Стоит отметить, что перегрев появляется не только из-за недостаточного охлаждения, но и конструктивных недоработок модуля. Иногда его защита вовсе не срабатывает и он полностью выходит из строя. При этом, чаще всего выгорают диод Шотки и микросхема XL4015E1. Для увеличения выходной мощности необходима соответствующая доработка.

Пример такой доработки xl4015 для общего повышения мощности представлен в видеоролике.

Применение

Часто его приобретают для создания лабораторных блоков питания, которые похожи по своим характеристикам с рассматриваемой платой, но стоят на порядок дороже. Их цена на Алиэкспресс начинается от 3000 рублей и выше. Вместе с тем, собрать простой лаболаторник на xl4015 можно на порядок дешевле и своими руками. Многие радиолюбители так и поступают. Скачать даташит на преобразователь по ссылке.