Фирма Vicor специализируется на разработке и производстве модулей, предназначенных для построения источников и систем электропитания. Продукция фирмы включает в себя широкий спектр сетевых выпрямителей, фильтров , DC/DC-конверторов, а также конструктивно законченных блоков питания. В статье рассмотрены схемотехнические и конструктивные особенности, основные технические характеристики и номенклатура серийно выпускаемых DC/DC-конверторов. DC/DC-конверторы фирмы Vicor являются продуктом современных высоких технологий. В них воплощены многочислен-ные оригинальные схемотехнические и конструктивные идеи. На сегодняшний день они являются примером современных Hi-Tech источников питания .

Американская фирма Vicor начала свою деятельность в начале 80-х гг. прошлого столетия, предоставив в распоряжение разработчиков стандартизованный набор модулей, из которых можно было «собирать», наподобие детского конструктора Lego , источники питания (ИП), различные по мощности и другим эксплуатационным параметрам. Таким образом, был совершен переход к идеологии построения систем распределенного питания, которые в настоящее время находят все более широкое применение. По своим массогабаритным и электрическим параметрам продукция компании Vicor по тем временам была практически уникальной, она и предназначалась, в основ-ном, для использования в

военной технике. Разработка оказалась очень удачной, поэтому и сейчас выпуск продукции 1-го поколения продолжается. Всего за 20 лет было изготовлено более 20 млн. модулей.

С середины 90-х гг. компания Vicor начала выпуск DC/DC-конверторов 2-го поколения, которые в настоящее время являются одними из лучших на рынке по показателям плотности мощности. Vicor постоянно отслеживает новейшие достижения в сфере разработки ИП и предлагает свои оригинальные решения. Например, в 2003 - 2005 гг. был модернизирован технологический процесс изготовления DC/ DC-конверторов 2-го поколения, названный FasTrack Program . Результатом этого усовершенствования стало повышение надежности модулей, снижение помех и шумов, улучшение тепловых характеристик. В эти же годы компания Vicor предложила концептуально новый подход к построению распределенных систем питания, названный Factorized Power. Устоявшегося перевода этого термина пока нет, но основной смысл этой кон-цепции можно передать следующим образом. DC/DC-конвертор обычно выполняет одновременно три основные функции: трансформацию напряжения, гальваническую развязку и стабилизацию выходного напряжения. Компания Vicor в Factorized Power предлагает разделить DC/DC-конвертор и, соответственно, его функции на два модуля, один из которых является
предварительным стабилизатором напряжения, а второй - трансформатором. Такой подход основан на том,ч то во многих случаях нет необходимости использовать все функции DC/DC-конвертора. В рамках этой программы были разработаны модули VI-Chips , имеющие рекордные показатели эффективности и плотности мощности. Модули с размером корпуса 32 х 21,6 х 6 мм и весом 12 г способны конвертировать мощность до 3300 Вт, имеют КПД более 92%, частоту преобразования до 3,5 МГц, макс. рабочую температуру 125°С. Концепции Factorized Power и преобра-зователям VI-Chips в дальнейшем будет посвящена отдельная публикация.

В настоящее время Vicor серийно выпускает DC/DC-конверторы 1-го и 2-го поколений мощностью 25...600 Вт на корпус (см. рис. 1 и 2). Благодаря применению оригинальных схемотехнических решений, новейших технологий и материалов, плотность мощности достигает при этом 70 кВт/дм3. Все производство компании Vicor сосредоточено на нескольких предприятиях в США, сборка модулей осуществляется на автоматизированных оперативно перепрограммируемых линиях, способных производить в день до 8 тыс. модулей 1-го поколения и до 2 тыс. модулей 2-го поколения.

Общие характеристики модулей

Универсальность типоразмеров.

В зависимости от мощности преобразова-ния модули имеют 3 стандартных типоразмера. Для 1-го поколения это размер «кирпич» (brick ) 117 × 56 × х 12,7мм мощностью75,100, 150, 200 Вт и «полкирпича» (half-brick ) 58 × 56 × 12,7 мм мощностью 25, 50, 75, 100 Вт. Для 2-го поколения — «кирпич» до 600 Вт, «полкирпича» до 250 Вт и «четверть кирпича» 58 х 37 х 12,7 мм до 150 Вт.

Конструктивное исполнение

В пластмассовом корпусе модуля смонтированы печатная плата и электронные компоненты, которые залиты специально подобранным силиконовым компаундом. Корпус помещен на алюминиевую плас-тину-основание, служащую для отвода выделяемого тепла и крепления модуля.Компаунд защищает компоненты от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды и способствует равномерному распределению тепла по объему модуля. Двух-трех кратная разница стоимости модулей для ком-мерческого, индустриального и военного исполнений, в основном, определяется именно подбором компаун-да и технологией его заливки (вакуумное центрифугирование).

Универсальность конс-трукции модулей предоставляет широкие возможности конструкторам с точки зрения монтажа. При помощи стоек они могут крепить-ся на плату, радиатор или стенку прибора. Выводы могут быть удлиненные для монтажа «на плату» или короткие для монтажа «в плату» (см. рис. 3). Во втором варианте высота сборки составляет всего 13—14 мм. Кроме этого, если требуется, возможность опера-тивной замены модулей, выпускаютсяспециальные разъемы. Как опция, существует также конструктивное оформление моду-лей для навесного монтажа MegaMod Family с подсо-единением к выводам «под винт» (см. рис. 4).

Температурный диапазон

Все модули выпускаются в нескольких вариантах (градациях) по температуре эксплуатации. Общими для 1-го и 2-го поколений явля-ются «коммерческий» (С) —25...100°С , «индустриальный» (I, H) -40...100°С и «милитари » (М) —55...100°С диапазоны эксплуатации с минимальными темпе-ратурами хранения соот-ветственно —40°С; —55°С; —65°С. Кроме этого, для 1-го поколения доступны модули в исполнении «эко-ном» (Е) с температурой эксплуатации —10...85°С, а для 2-го — в исполнении (Т): —40°С эксплуатация и —40°С хранение.

Надежность

Надеж-ность — один из основ-ных параметров, характе-ризующих качество ИП. Показатели надежности учитывают схемотехничес-кие решения, качество мате-риалов, технологические процессы и «культуру про-изводства». Благодаря высо-кой надежности, продукция компании Vicor широко при-меняется в военной технике и другом ответственном про-мышленном оборудовании. Среднее время наработки на отказ (MTBF — Mean Time Before Failure ), рассчитанное в соответствии с методикой MIL-HDBK-217F (Reliability Prediction of Electronic Equipment ) с применением математичес-кого пакета RelCalc , состав-ляет более 2 млн. ч при 25°С при полной нагрузке. При температуре 65°С MTBF составляет несколько сотен тыс. часов. Согласно мето-дике вычисления, исходя из реально продемонстрированного времени наработ-ки (некоторые модули 1-го поколения эксплуатируются более 20 лет), надежность составляет более 20 млн. ч. Каждый модуль исполнения I(Н) и М проходит контроль и тестирование на удовлетворение заявлен-ным параметрам. Контроль включает в себя несколько термических циклов, замер параметров при высшей и низшей температуре, визуальный осмотр. Результаты испытаний помещаются на сайт фирмы Vicor, и по серийному номеру модуля можно получить паспорт с реально замеренными параметрами на конкретное изделие. Вся продукция фирмы Vicor имеет соот-ветствующие сертификаты по электробезопасности , шумам и помехам. Кроме этого модули исполнений I(Н) и М удовлетворяют стандартам MIL-STD-810, MIL-STD-901, MIL-STD-202 по механическим (раз-режение, удар, вибрация) и климатическим (температура, влажность, солевой туман) воздействиям.

Особенности схемотехнических решений

В отличие от большинства производителей, компания Vicor в своих DC/DC-конверторах использует частотно-импульсный (квазирезонансный) метод преобразования энергии (ЧИМ) (см. рис. 5). При таком методе переклю-чение силового MOSFET-транзистора происходит при нулевом значении тока или напряжения (ZCS — Zero Current , Zero Voltage Switching ). Энергия преда-ется посредством импульсов («квантов»), одинаковых по длительности и амплитуде; форма импульсов — положительный полупериод синусоиды. Стабилизация выходного напряжения осу-ществляется за счет изменения частоты импульсов. Импульс энергии формиру-ется в контуре, состоящем из индуктивности рассеяния трансформатора Т1 и емкос-ти С. Частота импульсов в зависимости от мощности на нагрузке и входного напря-жения может изменяться от десятков кГц до 2 МГц. В номинальном режиме час-тота преобразования лежит в пределах 1,0—1,5 МГц. Для гальванической развяз-ки в цепи обратной связи в DC/DC-конверторах первого поколения приме-нены оптроны, во втором поколении — разделительные трансформаторы, что повышает их надежность. Кроме этого, схемы управ-ления ключами (драйверы) и схемы обратной связи двух поколений различа-ются. Из-за этих различий нельзя применять модули выпрямителей 1-го поко-ления VI-AIM с DC/DC-конверторами 2-го поколе-ния .

Благодаря использова-нию ЧИМ компании Vicor удалось поднять частоту преобразования до 1,5 МГц и за счет этого применить компоненты меньших разме-ров, существенно уменьшить уровень шумов и помех по сравнению с ШИМ - преобразователями, увеличить к.п.д. Типовое значение к.п.д. DC/DC-конверторов компании Vicor составляет 82—92% во всем допустимом диапазоне входных напря-жений и нагрузок.

Номенклатура преобразователей

DC/DC-конверторы 1-го поколения

Конвертор выбирается по совокупности требуемых параметров, при-веденных в таблице 1.

Пример обозначения: VI-26M-IV - DC/DC-конвертор 1-го поколения, семейства VI-200, входное напряжение 300 В (200-400 В), выходное напряжение 10 В, температурный диапазон — «индустриальный», выходная мощность 150 Вт. Семейство «Booster » не имеет схемы управления по выходу, за счет этого они дешевле соответствующих VI-200. Стоимость модулей, в основном, определяется их мощностью и температур-ным диапазоном и не зави-сит от входных/выходных напряжений. Диапазон регу-лировки выходного напря-жения Uвых для модулей с Uвых > 12 В составляет 50— 110% от Uвых . ном, а для модулей с Uвых < 12 Â - ±10% от Uвых . ном.

Таблица 1. Основные параметры DC/DC-конверторов 1-го поколения

DC/DC-конверторы 2-го поколения

Во втором поколении DC/DC-конверторов компании Vicor набор входных и выходных напряжений не так широк. Это связано со сложившимися стандартами используемых в современной аппаратуре напряжений. По входному напряжению UBX имеются только 4 семейства: 24, 48, 300, 375 В с выходными напряжениями 2, 3,3, 5, 12, 15, 24 и 48 В, но с более широкими возможностями регулирования выходного напряжения U BbIX — 10— 110% от Uвых . ном. Для кон-верторов с Uвых — 2 В и 3,3 В минимальное напряжение, которое можно уста-новить, составляет 0,5 В. Выходная мощность опре-деляется размером корпуса и составляет в зависимости от UBX и U BbIX :

• Micro —«четверть кирпича» 50—150 Вт;
• Mini — «полкирпича» 100-300 Вт;
• Maxi —«кирпич» 160-600 Вт.

Пример обозначения: V300A24H500BL - DC/ DC-конвертор 2-го поколе-ния, Uвх = 300 В (180-375 В), корпус Maxi , 500 Вт, «индустриальный» диапазон температур, с удлиненными выводами. Семейство V375 разработано для примене-ния совместно с модулями корректоровкоэффициента мощности, обычно имеющи-ми выходное напряжение около 360 В .

По таким параметрам как точность установки напряжения U вых , стабиль-ность напряжения Uвых при изменении нагрузки, температуры, конверторы Vicor демонстрируют луч-шие показатели, свойствен-ные современным преобра-зователям такого класса . В то же время они облада-ют рядом дополнительных возможностей, существен-но расширяющих область их применения. К таким возможностям относятся: параллельное включение модулей, возможность пос-ледовательного включения (как по входу, так и по выходу), дистанционное включение/отключение, регулировка выходного напряжения в широких пре-делах, компенсация падения напряжения на проводниках от модуля к нагрузке.

Параллельное включение модулей реализуется путем соединения выводов PR (Parallel ) для синхрони-зации частоты преобразова-ния. Как указывалось ранее, в DC/DC-конверторах ком-пании Vicor реализован принцип ЧИМ. Поэтому, если одинаковые модули работа-ют на одной частоте, они конвертируют одинаковую мощность. Таким образом, осуществляется равномерное (с точностью до 5%) распределение токов по модулям. Вывод PR является двунаправленным портом, поэто-му в массиве модулей роль ведущего (драйвера) автома-тически принимает на себя модуль с большей частотой, а остальные подстраиваются под него (бустеры). Если система составлена из N + М модулей, то N модулей можно включить драйверами, а М — «бустерами». Перевод модуля в режим «бустера» осуществляется соединением выводов SC и —S, при этом отключается схема управле-ния выходом. Такое решение используется, если требуется получить выходное напряже-ние, отличное от номиналь-ного . В этом случае один модуль включают «драйве-ром» — именно он задает U вых , а остальные «бусте-рами». PR-выводы разных модулей могут быть соедине-ны между собой нескольки-ми способами. Самый прос-той — непосредственно про-водником. Если требуется обеспечить сохранение работоспособности системы в слу-чае выхода из строя одного или нескольких модулей, то соединение следует осущест-влять через конденсатор. Для обеспечения помехоус-тойчивости системы (напри-мер, если модули находятся на большом расстоянии друг от друга или на разных пла-тах) модули следует соеди-нять через разделительный трансформатор (см. рис. 6). Такое оригинальное решение позволяет достаточно просто наращивать мощность конеч-ной системы и обеспечивать режим резервирования.

Резервирование можно осуществить по схеме N + 1 (в общем случае, N+ М), что экономичес-ки выгоднее, чем обычно применяемая схема 2N. Поясним это на примере ИП мощностью 500 Вт. Его можно сконструировать из двух модулей по 500 Вт (схема резервирования 2N) или из трех по 250 Вт (схема 2N + 1). Во вто-ром случае при нормальном функционировании каждый модуль берет на себя 1/3 общей мощности. В слу-чае выхода из строя одно-гоизмодулейостальные два продолжат нормальную работу. Экономический эффект особенно ощутим, если система состоит из большого числа модулей. Допускается параллельное соединение до 12 модулей.

PC- вывод (Primary Control ) позволяет дистан-ционно управлять включением/отключением модулей. Его также можно использо-вать для индикации состо-яния модуля (вкл ./откл .). На выводе PC формируется (или принимается) сигнал логического уровня 0/5 В. В качестве переключателя могут быть использованы контакты (тумблера, реле) или сигнал логического уровня 0/5 В. При Upc > 2,3 В модуль включен, а при Upc < < 2,3 В — выключен.

Выводы +S и -S (Sense ) предназначены для компенсации падения напряжения на проводни-ках, идущих от модуля к нагрузке. Допускается ком-пенсация падения напряжения до 0,5 В.

SC (Secondary Control ): изменяя потенциал на этом выводе, можно регулиро-вать выходное напряжение. Например, чтобы понизить выходное напряжение отно-сительно номинального , надо соединить через резис-тор вывод SC с выводом —S, а чтобы повысить — с выводом +S. При этом сле-дует учитывать, что у кон-вертора имеется защита по допустимому току, поэтому при понижении ивых про-порционально будет сни-жаться и допустимая мощ-ность преобразователя.

Конверторы компании Vicor имеют встроенные системы защиты :

• от понижения UBX ниже допустимого уровня;
• от превышения выходным напряжением U вых номинального уровня Uвых . ном на -15%;
• от перегрева.

При срабатывании одной из систем защиты модуль отключается и затем каждые 2—20 мс пытается стартовать заново. При этом на выводе PC появляются импульсы, которые можно использовать для индикации состояния конвертора (см. рис. 7). При устранении неисправности модуль автоматически переходит в активный режим.

Конверторы можно также перевести в режим стабилизатора тока путем добавления токоизмерительного резистора и операционного усилителя с подачей сигнала обратной связи на вывод SC. Такое решение реализо-вано в семействе програм-мируемых источников тока BatMod , предназначенных для зарядки аккумуляторов с номинальным напряжением 12, 24, 48 В при питании от сети постоянного тока 48, 150, 300 В на мощность до 200 Вт. BatMod обладают тем же набором свойств, что и DC/DC-конверторы 1-го поколения: выпускаются в четырех температурных гра-дациях Е , С, I и М, могут быть соединены параллельно. Также они имеют вывод для установки выходного тока и вывод для контроля тока.

В связи с тем, что конверторы компании Vicor являются достаточно слож-ными устройствами и обла-дают широким спектром возможностей, их корректное применение требует учета ряда особенностей. На сайте фирмы www.vicorpower.com можно найти инструкции по использованию, рекомендации по пайке, борьбе с шумами и помехами, обеспечению безопасного теплового режима. Кроме этого, квалифицированную техническую консультацию можно получить у офици-ального представителя Vicor в России — фирмы «ЭФО».

Литература

Сегодня на обзоре маленький DC-DC конвертер. Можно сказать, это полноценный орган управления блоком питания. Платка, на самом деле, миниатюрная, поставляется она в антистатическом пакетике, и сами видели, что она очень, запросто, помещается в руке. Смотрите видео канала “KIRILL NESTEROV”

Размер платы конвертера 6 сантиметров на 3,5. Содержатся 2 чипа. Один чип регулирует напряжение, а второй управляет индикацией, показывая количество вольт на входе и на выходе, как раз чип скрыт под светодиодной индикацией, практически не видно, только если на просвет. Из органов управления 3 компонента: 2 кнопочки и 1 регулятор. Регулятор отвечает за установку напряжения на выходе преобразователя. А 2 микро кнопочки не сразу объяснят, что делают, над ними, есть светодиоды. Светодиод in и светодиод out. Первая кнопка отвечает за включение и выключение, а вторая показывает индикацию. Лучше сейчас подключим платку к нормальному блоку, и покажем, как работает. Каждый вывод платы подписан, и имеется, как колодка для подключения, так и место для пайки.

Немного пройдемся по характеристики DC-DC конвертера. Питается от 5-36 вольт, это значит, что можем спокойно, на нашем БП, которым запитываем преобразователь, выставить 5.
Подаем ток от блока. Видите, что уже загорелась индикация, зелененькая, показано 4.9. Это на выходе. Можем посмотреть, какое идет на вход при нажатии на клавишу. Видим 4,9 вольт, посмотрим, какое на выходе. Да, ровно 4.9, можно сказать, что они показывают одинаково.

Используем тестер. Как выглядят показания, видим, что на источнике напряжение 5,13, на входе 5, на выходе замеряем – 5,11, что ближе с тем, что выдает блок питания.
Для начала посмотреть, какое напряжение минимальное можно подавать на платку. Итак, на блоке 3,8 вольт, индикация уже перестала работать, а на выходе то же самое. Упало до 2 вольт, а выход уже ничего не показывает. Опять подняли до 5, это минимальная точка, когда БП способен нормально работать.
Так как заявлено, что может работать от 36, этот вольтаж сейчас и выставим здесь. Как ни странно, у преобразователя 36, это максимум. Сейчас показано 14,1 на входе, и 35,7, но прибор немного врет.

Что еще не сказал по поводу регулировки. Она плавная от начала до конца, изменяется линейно. Уже заметили, напряжение 33,6, а по характеристикам должен выдавать от 1,25 до 32, что вылезает за пределы. 35,7, но индикатор врет, на выходе получаем 36, то же самое, что выдает блок.

Что касается управления устройства – всего 3 органа: 2 микро кнопочки и 1 регулятор, резистор на 50 Ком. Индикация in с левой стороны, и с правой стороны выход, отражают напряжение. Кнопочкой можно включать и отключать показания, блок продолжает работать. С напряжением понятно. Сделаем его пониже на 30,6, но дело в том, что стоит конденсатор на выходе на 35 вольт, опасно его сжечь.
Продавец на своей страничке товара утверждает, что преобразователь способен выдавать максимальный ток, аж в 5 ампер, но советует использовать его все-таки на 4,5, максимальная мощность должна составлять не больше 75 ватт, но при продолжительном использовании, не должны превышать его в 50 ватт.

Прислал:

Простые схемы не всегда хуже "навороченных". А схемы на дискретных элементах ничуть не уступают готовым микросхемам. Очередной пример можно увидеть здесь.

Одними из наиболее популярных электронных устройств в настоящее время являются маломощные однотактные DC-DC конверторы, широко используемые в переносной батарейной аппаратуре. Естественно, что многие фирмы ведут активные разработки в этой области, и таких готовых устройств бесчисленное множество. На рис. 1 для примера показана блок-схема одного из распространенных конверторов TPS61045 производства фирмы Texas Instruments .

Эта блок-схема не является чем-то выдающимся по количеству используемых элементов, ничуть не меньше таковых в аналогичных устройствах других производителей. Вероятно поэтому интегральные DC-DC конвертеры являются довольно дорогими изделиями электронной техники. Кроме гипертрофированной блок-схемы некоторые из таких устройств страдают импульсной неустойчивостью из-за неоправданно большого коэффициента преобразования в петле ООС. Например, на рис. 2 показана упрощенная форма напряжения в таком режиме на индуктивности конвертера SP6641 фирмы Sipex.

По всей видимости, приведенные факты стали следствием использования интегральных технологий, которые, устранив прямую зависимость между числом используемых компонентов и размерами электронных устройств, заодно устранили и мотивацию к созданию оптимальной электроники. Вследствие этого неоправданное усложнение интегральных микросхем стало всеобщим, а платить за это приходится потребителям.

Поэтому в данной статье сделана попытка показать, что если для реализации электронных устройств не использовать лишних компонентов, то получаются изделия, ничем не уступающие интегральным аналогам, а по некоторым параметрам и превосходящие их. Начиная с меньшей стоимости.

Кроме того, поскольку в таких устройствах компонентов ровно столько, сколько это необходимо для решения конкретной задачи, они почти не уступают интегральным аналогам по занимаемой площади на плате, хотя выполнены на отдельных элементах. Причем реализация на отдельных элементах зачастую позволяет обеспечить и лучшие электрические параметры, чем у интегральных микросхем, поскольку разработчик имеет возможность при создании своего устройства отобрать наилучшие на данный момент дискретные компоненты, чего нельзя обеспечить при использовании готовых микросхем, качество используемых элементов в которых навсегда привязано к периоду их разработки.

Электрическая схема однотактного конвертера, подтверждающего вышеизложенное, представлена на рис.3.

Структура представляемого устройства является универсальной и позволяет создавать конвертеры с любыми видами модуляции.

В данном случае используется частотно-импульсная модуляция, что не только позволило реализовать наиболее простую структуру конвертера, но и способствует его более высокой эффективности по сравнению с конвертерами, использующими ШИМ. Это объясняется тем, что при использовании частотно-импульсной модуляции и уменьшении тока в нагрузке КПД снижается только за счет начального потребления тока схемой управления выходным ключом, в отличие от конверторов с ШИМ, где КПД дополнительно ухудшается в связи с неэффективным использованием индуктивности при уменьшении времени ее заряда, что особенно сильно проявляется при больших коэффициентах преобразования.

Устройство является универсальным, но в данном конкретном случае предназначено для преобразования напряжения батареи из двух NiMh аккумуляторов с напряжением 2…2.7 В в напряжение питания для OLED дисплея (~13 В, 30 мА).

Следует обратить внимание на то, что в конверторе нет никаких компараторов и операционных усилителей. При этом не только обеспечивается стабильность выходного напряжения не хуже 1% при изменении входного в пределах 2.5…4 В или при изменении нагрузки, что вполне достаточно для любых практических задач, но и исключается импульсная неустойчивость, вследствие чего просто приятно наблюдать чистую осциллограмму на аноде VD4 в отличие от картины в той же точке у некоторых промышленных микросхем. Соответственно обеспечивается и минимальный уровень помех. Указанная особенность определяется не только минимально необходимым усилением в петле ООС, но и используемым типом модуляции.

За счет взаимной компенсации температурного ухода у VD1, VT1 и VD3 описываемое устройство обладает и неплохой температурной стабильностью – не хуже 2% в диапазоне температур –20…+50 °С. КПД преобразователя при использовании относительно недорогой индуктивности фирмы Murata LQH55D составляет примерно 85% даже при входном напряжении 2 В и предельной выходной мощности, которая при таком входном напряжении достигает 0.4 Вт. Наилучшие характеристики устройства обеспечиваются при питании DD1 от отдельного источника напряжением 2.5…5 В.

Следует отметить, что за вычетом стоимости танталовых конденсаторов, выпрямительного диода и индуктивности, которые используются и в микросхемном варианте, стоимость компонентов представляемого устройства составляет примерно 10 руб., в то время как розничная цена микросхемы TPS61045, предназначенной для тех же целей и имеющей худшие параметры, в среднем не ниже 50 руб. Следовательно, лишние компоненты из упомянутой микросхемы обходятся пользователям в 40 руб.

Единственный замеченный недостаток представляемого конвертера заключается в том, что при питании DD1 от первичного источника и при снижении первичного напряжения ниже определенного предела возможна ситуация, когда возникает положительная обратная связь через источник питания и в такой ситуации либо мощность, рассеиваемая на МОП ключе, может превысить допустимую, либо МОП ключ просто разрядит первичный источник. Это объясняется удлинением выходных импульсов у используемого логического элемента при уменьшении его питающего напряжения.

Однако при желании такая ситуация может быть исключена при минимальных дополнительных затратах – достаточно параллельно диодной сборке VD1 включить выход обычного монитора питания типа, например, BD47xx с напряжением срабатывания, равным минимально допустимому напряжению питания конвертера, а вход монитора следует подключить к первичному источнику питания. При использовании в микроконтроллерных устройствах можно отключать конвертер по входу shutdown, подавая на него низкий логический уровень, как только АЦП микроконтроллера обнаружит разряд батареи ниже допустимого уровня.

На рис. 4 представлен вариант трассировки конвертера на печатной плате в масштабе примерно 4:1. Реальные размеры – 14 × 17 мм без присоединительных выводов. При необходимости получения выходных напряжений менее 8 В стабилитрон VD4 следует заменить на шунтовый регулятор типа, например, LMV431.

Возможны также различные модификации конвертера, изображенного на рис. 3. Один из теоретически возможных вариантов для примера показан на рис. 5*.

Рис. 5
(*Данное устройство не используется в моих разработках, а поэтому не реализовывалось и не тестировалось.)

В этом варианте используется цепь регулирования, применяемая в простых однотактных DC-DC конвертерах как минимум с 80-х годов прошлого столетия. Конвертеры такого типа позволяют избежать применения преобразователей типа sepic, которые не имеют перед ними никаких преимуществ, кроме возможности присоединить не плюс, а минус батареи к общему проводу питаемого конвертером устройства. Поскольку представленное на рис. 5 устройство намного дешевле, проще и эффективнее упомянутых конвертеров типа sepic, оно делает применение последних за исключением особых случаев совершенно бессмысленным.

Замечательным свойством этого конвертера, как, кстати, и конвертеров типа sepic, является возможность работы с первичными источниками, напряжение которых может быть любым – как меньше выходного напряжения, так и больше. К сожалению, диапазон возможных напряжений первичного источника в описываемом устройстве ограничивается возможностями используемого триггера Шмитта по допустимым напряжениям его питания. В показанном на рис. 5 варианте диапазон напряжений первичного источника не должен выходить за пределы 2…5.5 В при выходном напряжении, например, 3 В.

Кроме прочих достоинств, при использовании этой схемы появляется возможность использовать батарею в качестве источника отрицательного смещения, а не применять для этого специальные преобразователи или дополнительные обмотки с выпрямителем.

Технические характеристики
● Диапазон входных напряжений: 4-32В (максимум 36В)
● Диапазон выходных напряжений: 1.2-32В (настраиваемый, по умолчанию - 5В)
● Выходной ток: 0-15A
● Коэффициент преобразования: 98%
● Рабочие температуры: -40 to +85 С
● Рабочая частота: 150KHz

Стоимость на момент заказа 28.10.2016:

Поставляется запаянным в антистатический пакет

Конструктивное выполнение - бескорпусное,

Монтаж двусторонний, при этом большинство элементов расположено на верхней стороне. На нижней - элементов немного, и их высота не препятствует установке конвертера в корпус.

Габариты устройства - 5 см

На 6 см

Ток в 15 А ограничен плавким предохранителем на входе конвертера

На выходе имеется светодиод показывающий подачу входного напряжения на конвертер, и подстроечный резистор для установки выходного напряжения. Ограничить выходной ток на этом конвертере - нельзя

Электролиты на 470 мф 35 В

Диод SS 54

Монтаж выполнен очень плотно, и фотографировать маркировку элементов сложно. Но схем такого и подобных конвертеров - довольно много в сети, поэтому я больше сосредоточусь на испытаниях и тестах.

В тестировании мне помогут блок питания и конвертер из двух моих прошлых обзоров, ссылки на которые я привел выше, а так же 60 Ваттная электронная нагрузка.

Первое включение, изменений настроек конвертера не было, нагрузка в 0.5 А. Конвертер выдал напряжение в 5.5 Вольт

При входном напряжении в 14 Вольт, конвертер максимум смог выдать 13.84 В, что составляет как раз заявленный 98%

На 21.91 В входных - максимум составил 21,67 В - почти 99%

Теперь тест на стабильность. Установлен ток нагрузки 2А, напряжение выставлено 12 В. Входное напряжение постепенно снижаем с почти 22 В до 13 В. При этом выходные параметры совершенно не изменились

Лишь при снижении входного напряжения до 12 В, появилась просадка - 11,76 В - те же 98 %

Для теста на 15 А, соберу стенд практически аналогичный тестированию высокотоковых аккумуляторов. В качестве нагрузке применена сборка из 10 параллельно соединенных керамических резисторов по 2 Ома, 10 Ватт. Общее сопротивление сборки примерно 0.2 Ом - рассчитана под напряжение лития. Напряжение на конвертере выкручено в минимум - 1.2 Вольт.


При включении нагрузки, 1.2 просаживается в 1.09. Ток - 5,54 А

Плавно подымаю до искомых 15 А

Для красоты ставлю 3 В, ток - 15.66 А. Оставил так до тех пор пока резисторы от перегрева не стали ощутимо вонять:) Сам конвертер был слегка теплым. Длительный тест на 50 Ватт - в видео ниже.

Как я и говорил, конвертер мне нужен для создания мощного блока питания на 5 В. Поэтому мне в первую очередь интересно как он будет вести себя на различных нагрузках в диапазоне напряжений 4.7-5.2 В.

Конвертер настроен ровно на 5 В при нагрузке 1 А. Плавно повышаю нагрузку до 10 А и наблюдаю просадку.

Как видно на фото ниже, даже при 10 А нагрузке, напряжение остается в допустимом диапазоне - 4.79 В

На видео ниже можно посмотреть уровень нагрева конвертера при часовой нагрузке в 50 Ватт - 5 В, 10 А. Для облегчения просмотра видео ускорено в 10 раз, так же никто не мешает его прокрутить.

За первые минут 10 DC-DC конвертер разогревается до 40 градусов, и до конца теста практически не меняет температуру, в конце теста температура прыгает 42-43 градуса.

Для моих целей - создания БП для одновременной зарядки и питания нескольких гаджетов данный преобразователь полностью подходит, он не перегревается, стабильность при изменении входного напряжения и увеличении тока нагрузки - отличная.

Спасибо за внимание, надеюсь обзор был полезен.