DC-DC преобразователь LM2577S/LM2596S повышающий-понижающий

Технические характеристики

• Модель: XW036FR4 / U016V / аналог
• Вид преобразователя: неизолированный, импульсный, асинхронный, повышающий-понижающий, универсальный стабилизатор
• Рабочее напряжение
  • входное: 4 - 35В DC
  • выходное: 1.25 - 25В DC
• Ток потребления
  • холостой ход: 20 - 270 мА
  • под нагрузкой, макс.: 3А (с дополнительным охлаждением)
• Нагрузочный ток
  • продолжительный: до 1А
  • кратковременный, пиковый: до 2.5А (с дополнительным охлаждением)
• Выходная мощность, макс.: 10Вт (15Вт с дополнительным охлаждением)
• Чип регулятора: повышающий LM2577, понижающий LM2596
• Частота преобразования ШИМ: 50кГц / 150кГц
• Эффективность преобразования (КПД), макс.: 80%
• Управление: выходное напряжение, выходной ток
• Настройка: потенциометр с поворотным механизмом регулировки (25 ± 3 оборотов)
• Встроенные функции: индикация состояния заряда батареи CC/CV
• Контактная группа: площадки для припайки
• Монтажные отверстия: 2 х ⌀2.0мм
• Температура эксплуатации: -40°С ~ +85°С
• Размеры: 50 х 38 х 13мм
• Вес: 22 г.

Универсальный импульсный  DC-DC преобразователь напряжения (стабилизатор) постоянного тока XW036FR4 с неизолированным входом/выходом спроектирован для использования вместе с маломощными системами питания и распределения энергии в цепях разнообразной бытовой и промышленной электроники. Модуль XW036FR4 ориентирован на направление конструирования и производства технически простых зарядных устройств для низковольтных аккумуляторных батарей, обладает расширенным функционалом контроля за процессом заряда. Модель стабилизатора XW036FR4 состоит из двух полноценных ШИМ-преобразователей с чипами LM2577 и LM2596, включенных последовательно друг за другом. Совместная работа двух чипов преобразователей исключает контроль за уровнем входного напряжения, характерного для плат с одной функцией: понижения напряжения (Buck, Step-Down) или повышения напряжения (Boost, Step-Up). Тандем встроенных преобразователей образует универсальное устройство, способное поднимать или опускать уровень напряжения на выходе до необходимого значения в диапазоне 1.25-25 вольт. Стабилизатор работает от входного напряжения 4-35 вольт, укомплектован регулировкой силы тока нагрузки, благодаря которой возможно поддерживается сценарий использования в качестве драйвера мощного светодиодного оборудования.

Принцип работы модуля стабилизатора XW036FR4 основан на предварительном повышении входного напряжения до 27.5 вольт через первичный нерегулируемый контур с регулятором LM2577. Входное напряжение номиналом выше 27 вольт минует повышающий преобразователь и поступает на вход понижающего преобразователя LM2596 с регулировкой. Выходная мощность модуля всецело не превышает 10Вт в среде с естественным охлаждением при t+25°С (или 15Вт с дополнительным охлаждением). Перегрев элементов преобразователя свыше +85°С не допускается.

Компоненты и интерфейсы DC-DC преобразователя XW036FR4

Подключение и регулировка DC-DC преобразователя-стабилизатора XW036FR4

Плюсовая и минусовая линии от первичного источника напряжения и тока припаиваются к специальным площадкам XW036RF4/U016V входной группы IN+/IN-. Цепь нагрузки присоединяется с противоположной стороны OUT+/OUT-. Максимальное внимание к соблюдению полярности крайне важно, защита от переполюсовки в преобразователе отсутствует. Зажимных винтовых клемм для быстрого монтажа на плате нет.

В контуре обратной связи XW036RF4/U016V установлены переменные резисторы "CV" и "CC", обозначенные на плате маркировкой SW1 и SW3. Регуляторы CV и CC определяют уровень напряжения и тока на выходе. Оба потенциометра имеют винтовые механизмы высокочувствительной многооборотной настройки. Поворотом по часовой стрелке, регулируемое значение потенциометра увеличивается, в обратном направлении - уменьшается. Регулировка выходных параметров напряжения и тока во всём диапазоне доступных значений, от самых малых до самых высоких, выполняется за 25 ± 3 полных оборота винта подстроечника вокруг своей оси.

За током нагрузки в схеме XW036RF4 наблюдает сдвоенный компаратор LM358, запитаный от интегрированного в модуль, независимого 5-вольтового стабилизатора 78L05. DC-DC преобразователь XW036RF4 ограничивает величину тока нагрузки методом балансировки выходной мощности, с автоматическим снижением выходного напряжения. Одним из блоков LM358 оценивается падение напряжения на шунтирующем резисторе в виде зигзагообразной дорожки с обратной стороны платы. По полученным результатам определяется сила нагрузочного тока. В момент превышения допустимого порога тока включается индикатор перегрузки "B1", преобразователь входит в режим стабилизации тока.

Настройка параметра выходного напряжения осуществляется по показаниям произвольно взятого вольтметра на 50 вольт и более, измеряющего потенциал выводов группы OUT+/- без подключения нагрузочной цепи. Регулировка параметра ограничения тока должна проводиться с помощью электронного прибора, эмулирующего силовую нагрузку. Альтернативным способом может стать амперметр, подключенный в разрыв с нагрузочной цепью, для которой имеются чётко известные характеристики потребления энергии.

Зарядное устройство для аккумуляторной батареи, индикация событий CC/CV

Плата XW036RF4 поддерживает технологию двух-этапного заряда аккумуляторной батареи CC/CV. На первом этапе заряда, многоразовый накопитель электроэнергии заряжается постоянным током до уровня 70-90% от собственного номинала. На втором и завершающем этапе, недостающие 10-30% восполняются постоянным напряжением CV, ток заряда постепенно и плавно снижается почти до самого минимума (часто до 1/10 значения от номинального тока заряда). Достижение наименьшего тока в процессе заряда считается завершением цикла. В схеме преобразователя XW036RF4 отсутствует механизм автоматического отключения аккумуляторной полностью заряженной батареи. Продолжительное подключение заряженной батареи к DC-DC модулю с активным индикатором "ОК" не рекомендуется.

Плата регулятора U016V (XW036RF4) оснащена двумя световыми индикаторами "CH" и "ОК", символизирующими этапы выполнения и окончания заряда батареи. А также вспомогательным регулятором уровня переключения индикаторов CH/OK с маркировкой SW2, стоящего между регуляторами напряжения и тока. Регулятор SW2 позволяет настроить порог включения индикаторов состояния заряда CC/CV, рассчитываемый в процентном отношении от номинального зарядного тока. Пример использования: при установленном токе заряда 1А, порог переключения индикаторов CH/OK настраивается в диапазоне 1-100% (10мА-1000мА). С увеличением нагрузки при помощи регулятора тока до 2А, доступный порог переключения индикаторов измениться на 20мА-2000мА.

Для каждого вида перезаряжаемой батареи, настройка параметров тока и напряжения заряда в преобразователе XW036RF4 должна соответствовать рекомендациям их производителя. Для правильного распределения энергии внутри многоэлементных аккумуляторных батарей, а также для заряда литиевых батареи, необходимо использовать балансирующие устройства и схемы контроля от напряжения перезаряда.

Коэффициент эффективности преобразования энергии

Модуль импульсного универсального DC-DC преобразователя с двумя ШИМ-контроллерами потребляет больше электроэнергии от первичного источника, подключенного ко входу, и вырабатывает на выходе мощность меньшего значения. Коэффициент полезного действия XW036RF4 не превышает 80%. Характеристика КПД не постоянна, её величина напрямую зависит от параметров эксплуатации преобразователя, выражается в процентном отношении, и рассчитывается делением вырабатываемой (выходной) мощности на потребляемую (входную) мощность. Изменение любого из настраиваемых параметров настоящего импульсного регулятора повлияет на эффективность. "Потерянный" процент КПД расходуется в процессе преобразования. Базовая формула преобразования электроэнергии (U*I) P_входа = P_выхода * КПД ограничивается разрешающими эксплуатационными характеристиками преобразователя XW036RF4. Учитываются пределы напряжения, тока, мощности, и рабочей температуры модуля (нагрев не более +85°С).

Электрическая принципиальная схема универсального DC-DC преобразователя XW036FR4

Представленная схема настоящего преобразователя может содержать неточности или ошибки. Распространяется на условии "как есть".

Техническая документация

1. Спецификация повышающего DC-DC регулятора LM2577S NS (англ., PDF, Datasheet)
2. Спецификация понижающего DC-DC регулятора LM2596S-ADJ (англ., PDF, Datasheet)