FP5139 5А DC-DC повышающий-понижающий преобразователь напряжения XY-SJV-4

Технические характеристики

• Модель: XY-SJV-4 / ZK-SJV-4 / аналог
• Вид преобразователя: асинхронный, неизолированный, импульсный, универсальный, SEPIC, повышающий, понижающий
• Рабочее напряжение
  • Входное: 5.5 ~ 30 В
  • Выходное: 0.5 ~ 30 В
• Блокируемое напряжение: менее 3.0В
• Ток потребления / нагрузки
  
  • Продолжительный: до 3 А (естественное охлаждение)
  • Кратковременный: до 4 А (усиленное охлаждение)
• Мошность, макс: 30 Вт (50 Вт усиленное охлаждение)
• Управляющий ШИМ-контроллер: FP5139
• Силовой MOSFET-транзистор: NCE6075K
• Частота переключения: 180 ± 20 кГц
• Эффективность преобразования (КПД), макс: 91%
• Управление: регулировка выходного напряжения вращением винта потенциометра
• Количество оборотов полного хода потенциометра: 25 ± 3
• Дополнительные функции: нет
• Светодиодная индикация: нет
• Контактная группа: площадки для припайки
• Монтажные отверстия: 2 х Ø2.8 мм
• Рабочая температура: -10℃ ~ +85℃
• Размеры: 56 х 20.2 х 21 мм
• Вес: 19 гр

Применение преобразователей напряжения

Схемы преобразования напряжения служат неотъемлемой частью безграничного изобилия существующих современных стационарных или портативных электронных устройств, мобильных гаджетов, умных девайсов. Преобразователи используются для прямого физического видоизменения составляющих характеристик электроэнергии - взаимосвязанного перераспределения уровней напряжения и тока, из исходных значений со входа устройства в их новые представления на выходе. Реализованные во внешних модулях, имеющих возможность простой и лёгкой интеграции в конструкции законченных или разрабатываемых устройств, преобразователи способствуют максимально быстрому решению задач по организации электропитания от привычных источников с наиболее распространённым питанием на примере бытовых или промышленных сетей постоянного или переменного напряжения, автономных систем с солнечными батареями или перезаряжаемыми аккумуляторами множества типов и размеров.

Среди общей массы энергопреобразующих устройств и схем, далеко не последнее место занимают модули высокоэффективных импульсных повышающих или понижающих преобразователей со стабилизированным выходом, созданные для питания маломощных устройств любой сложности, работающих на невысоком напряжении и постоянном токе. Большую пользу приносят и платы универсальных DC-DC преобразователей, объединяющих в одной схеме сразу обе возможности. В общих чертах преобразователи отличаются друг от друга поддерживаемыми характеристиками электроэнергии, обладанием фиксированного или регулируемого выхода, разнообразием вариантов дизайнерского решения, вариативностью наполнения дополнительными удобными функциями. Подобные модули применяются в области конструирования или замещения цепей питания приборов, используются в промышленной и бытовой автоматике, микроэлектронике, робототехнике, и в других направлениях.

Главные отличия универсального преобразователя

В отличии от однонаправленных DC-DC регуляторов, выравнивающих и удерживающих уровень напряжения на выходе при соблюдении условий более высокого или менее низкого входного напряжения, универсальные преобразователи освобождены от подобных правил. В отношении только характеристики напряжения, универсальные преобразователи ограничиваются лишь поддерживаемым диапазоном входного и выходного вольтажа. Им совершенно не важен входной уровень при выборе определённого уровня на выходе. Они свободно формируют любой уровень на выходе в режиме работы от источника статичного напряжения. Универсальные преобразователи самостоятельно повышают и понижают низкое или высокое входное напряжение до заданного уровня. Одним из удачным примеров эффективного использования универсального преобразователя с настроенным 12-вольтовым выходом может выступать обычная автомобильная бортовая сеть питания, в которой возможны явления колебаний напряжения от 10В до 14В.

Остальные параметры энергопроводимости универсальных преобразователей ничем не отличаются от других похожих схем, в которых максимальный ток потребления/нагрузки и доступная мощность устройства квалифицируются индивидуальным конструктивным исполнением каждой модели, включая условия экcплуатации и эффективность преобразования.

Конструкция модуля DC-DC стабилизатора напряжения XY-SJV-4

В основе настоящего преобразователя с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью (топология SEPIC) использован ШИМ-контроллер FP5139, стоящий в связке с мощным силовым переключающим MOSFET-транзистором с маркировкой NCE6075K. Плата DC-DC регулятора трудится на постоянной частоте 180кГц. Стабилизатор напряжения XY-SJV-4 поддерживает спектр на входного напряжения от 5.5В до 30В, вырабатывает напряжение на выходе в диапазоне от 0.5В до 30В.

В продолжительном режиме работы, преобразователь уверенно справляется с любыми нагрузками, сила тока в которых не превышает 3А. С добавлением усиленного охлаждения платы, в режиме кратковременного потребления энергии нагрузкой, модуль XY-SJV-4 выдерживает до 4А. Силовой ключ NCE6075K, индуктивный дроссель и выпрямительный выходной диод SS56 нуждаются в дополнительном охлаждении, когда входной ток переходит за 3-амперную отметку, или выходная мощность достигает 30Вт.

Вместо двух отдельных индуктивных дросселей используется один сердечник, с парой намотанных и гальванически развязанных обмоток повышающей и понижающей цепей. Монтаж основных и сопутствующих компонентов односторонний. Противоположные концы платы имеют по сквозному отверстию диаметром 2.8мм, предназначенному для крепления XY-SJV-4 к произвольной поверхности или конструкции.

Подключение и настройка DC-DC модуля XY-SJV-4

Контакты источника входного напряжения и тока припаиваются к специальным площадкам с 1.8мм перфорацией и маркировкой IN+/IN, расположенным по углам входа платы XY-SJV-4. Цепь нагрузки присоединяется с противоположной стороны выхода OUT+/OUT-. Подключение контактов с обеих сторон выполняется с максимальным вниманием, защиты от неправильной полярности в схеме преобразователя нет.

Модуль универсального DC-DC преобразователя оснащён ручным механическим регулятором уровня выходного напряжения — миниатюрным потенциометром с подстроечным винтом многооборотного вращения. Поворотами по часовой стрелке или против осуществляется выбор напряжения, направления соответствуют увеличению или уменьшению. Полный переход между низкой и высокой границами поддерживаемого выходного напряжения 0.5-30В выполняется за 25 ± 3 оборотов потенциометра вокруг своей оси. Установка выбранного уровня выходного напряжения достигается оценкой показаний любого вольтметра, замеряющего свободные от нагрузки контакты группы OUT+/-.

Защита модуля преобразователя

Плата универсального DC-DC стабилизатора XY-SJV-4 лишена защиты входного и выходного контуров от неправильного подключения полюсов источника и потребителя электроэнергии. Термозащиты от перегрева компонентов не предусмотрено. Модуль содержит механизм отключения схемы преобразования от токов короткого замыкания на выходе и пониженного напряжения с входной стороны (менее 2.7В ~ 3В). Срабатывание защиты аварийно блокирует нормальный режим работы платы XY-SJV-4, обратно восстанавливаемый после полного сброса входного напряжения.

Эффективность преобразования энергии

Коэффициент полезного действия в схеме модуля преобразователя энергии XY-SJV-4 с ШИМ-контроллером FP5139 достигает высоких 91%. КПД рассчитывается отношением показателей выходной мощности к входной, и напрямую зависит от параметров эксплуатации преобразователя. Импульсный преобразователь расходует бóльшую мощность от источника напряжения, и вырабатывает мéньшую мощность для нагрузочной цепи. Наилучший показатель КПД определяется условием минимальной разницы входного и выходного напряжений, с наименьшим значением тока нагрузки. Увеличение любого из этих двух параметров, в большей или меньшей степени приводит к снижению КПД. Более подробно в примерах о КПД преобразователя можно узнать из статьи.

Приведённые в графике значения приблизительны, оценочные результаты получены общедоступными измерительными приборами.

Электрическая схема DC-DC универсального преобразователя XY-SJV-4

Схема модуля преобразователя XY-SJV-4 представлена как есть, и может содержать ошибки или неточности.

Техническая документация

1. Спецификация ШИМ-контроллера FP5139 Feeling Technology (Datasheet, PDF, англ.)
2. Спецификация MOSFET-транзистора NCE6075K NCEPower (Datasheet, PDF, англ.)