Модуль DC-DC XL4015E1.

 

Размышления после экспериментов.

Безымянный модуль на базе микросхемы XL4015E1.

Вот и завершился очередной этап изучения творчества китайских инженеров и самодельщиков. На этот раз предметом изучения стал модуль-преобразователь DC-DC (постоянное напряжение — в постоянное напряжение) на базе микросхемы XL4015E1.

Внешний вид модуля выглядит вот так:

Есть некоторые различия у разных сборщиков. Платы синего цвета имеют металлизацию площадок под греющимися деталями, дроссель там расположен в лежачем положении. Могут быть установлены разные типы силового диода, электролитические конденсаторы на входе и выходе попадаются с емкостью 220 мкф 50в , 470 мкф 35в. Продавцы в магазине, как обычно, пишут завышенные параметры модулей, которые соответствуют техническим характеристикам применяемых деталей и микросхем. Однако в практических конструкциях данные параметры не соответствуют действительности. Компактность модулей и плотный монтаж не могут обеспечить хорошего охлаждения деталей. Поэтому на практике нужно уменьшать значения всех электрических характеристик в 2 — 2,5 раза. Например, если продавец написал, что модуль обеспечивает ток нагрузки 5 ампер, то на самом деле это означает, что предельный ток не должен превышать 2,5 ампер, а в целях повышения надежности и долговечности нужно применять модуль при токах не более 2 ампер. При этом силовой диод расчитан на 10 а, микросхема может работать в постоянном режиме при токе 5 а и кратковременно до 7 ампер. Понятно, что такие токи возможны и допустимы при хорошем охлаждении, не допускающем перегрева корпусов свыше 100 градусов (ориентировочно). Компактность модуля не позволяет вносить в него изменения без коренной перестройки. При полной переделке возникает опасность возбуждения на высоких частотах. Внутренний генератор микросхемы работает на частоте 150 кгц (180 кГц). Это начало вещательного диапазона на длинных волнах. Импульсный режим работы ключевого транзистора и диода, наличие индуктивности создает массу гармоник в широком спектре частот. Появление в монтаже длинных проводов и паразитных емкостей может провоцировать появление резонансов на самых разных частотах и вплоть до самовозбуждения схемы на высокой частоте. Под полной переделкой понимается вынос всех силовых деталей с платы. Плата остается как элемент управления. Всё, что греется выносится за пределы платы и устанавливается на радиаторы или отдельно. Нагреву подвержены: дроссель, диод Шоттки, входной и выходной оксидный конденсатор, микросхема. Токовый шунт на 0,05 ома греется не очень сильно, но его также желательно разместить таким образом, чтобы длина силовых цепей была минимальна. Весьма неудобен корпус микросхемы XL4015E1. Он совершенно не предназначен для крепления к радиатору, в отличии от корпусов ТО220. 

Сама схема модуля проста и понятна:

XL4015E1_330om.jpg

На представленной схеме добавлен резистор 330 ом с вывода 2 микросхемы в цепь делителя напряжения 10 ком и 270 ом. Как утверждают авторы, введение данного сопротивления улучшает плавность регулировки выходного напряжения. В остальном принципиальная схема соответствует модулям на микросхеме XL4015E1.

Для испытаний модуля использовался линейный источник напряжения мощностью более 100 вт, выходной ток более 15 ампер, напряжение без нагрузки 17 вольт, при полной нагрузке выходное напряжение устанавливается на уровне +12 вольт. Нагрузкой служила лампа накаливания на 8 вольт и 20 ватт. В номинальном режиме лампа потребляет ток 2,5 ампера. Перед проверкой дополнительно уставлен электролитический конденсатор на 1 мкф с вывода 4 микросхемы на + входного питания. Согласно рекомендации производителя микросхемы.

 Получилась такая картинка:

4015E1.jpg 

После включения и установки выходного напряжения на уровне 5-6 вольт подключена лампа. Затем напряжение и ток выставлены на значение, соответствующее номинальному режиму лампы. Здесь можно наблюдать любопытную картину. Если выставить ток 2,5 ампера при напряжении 8 вольт, то попытка увеличить напряжение оказывается безуспешной. То есть, регулятор напряжения перестает работать. Когда регулятор напряжения настроен на 8 вольт, и мы уменьшаем ток регулятором, то одновременно начинает уменьшаться напряжение на лампе. Такая особенность модуля определяется его схемотехникой и говорит нам о том, что в качестве лабораторного источника питания данный модуль использовать нельзя. Классический лабораторный блок питания обеспечивает независимую регулировку тока и напряжения на выходе в пределах действия закона Ома. Например, выставив регулятором ток на уровне 1 ампер, мы можем поднимать напряжение до предельного. Или выставить на выходе 10 вольт, увеличивать ток в нагрузке от 0 до конечного значения, которое зависит от сопротивления нагрузки и возможностей лабораторного блока питания. Конечно, от закона Ома никуда не деться, но независимость регулировки выходного тока и напряжения — первое условие лабораторного источника питания. Впрочем, данное изделие, как и сама микросхема, позиционируется как заготовка для зарядных устройств и источник питания светодиодов в разных устройствах и приборах. Например, для подсветки матрицы в мониторах и телевизорах, фонарях и прожекторах. Известно, что для светодиодов критичным параметром является ток, поэтому возможность данного модуля задавать выходной ток и ограничивать его в любых обстоятельствах является весьма полезным и необходимым свойством.

Результаты испытаний на реальной нагрузке показали, что ток 2,5 ампера нежелателен. Через несколько минут работы все силовые детали очень сильно нагрелись. По тактильным ощущениям температура диода, микросхемы значительно превышала 60 градусов. Также сильно грелся входной конденсатор, дроссель и сама плата с нижней стороны прогрелась очень быстро. Поскольку не было цели доводить модуль до фатального исхода, испытания прекращались своевременно. Два модуля остались в целости и сохранности.

Осталось непонимание причины сильного нагрева входного электролита. По логике, должен греться выходной электролит, который постоянно работает в режиме заряд-разряд импульсами тока. Тогда как входной конденсатор постоянно подпитан мощным источником напряжения без ограничения тока (15-20 ампер).

После всех экспериментов модули XL4015E1 были благополучно уложены в свои пакетики и сложены в коробочку, до лучших времен.

=