XL4015 5A Цифровой DC-DC понижающий преобразователь напряжения с регулировкой тока HW-587

Технические характеристики

• Модель: HW-587 / аналог
• Конструкция: неизолированный, понижающий, импульсный, асинхронный
• Рабочее напряжение
  • входное: 5.5 ~ 32 В DC
  • блокируемое: менее 4.0 В
  • выходное: 1.5 ~ 32 В DC
• Потеря напряжения (без нагрузки), макс.: 0.2 В
• Рабочий ток
  • холостой: до 30 мА
  • продолжительный: до 2.5 А
  • кратковременный: до 5 А (дополнительное охлаждение)
• Мощность выхода, макс.: 75 Вт (дополнительное охлаждение)
• Чип преобразователя: XL4015E1 XLSEMI
• Частота преобразования ШИМ в режиме
  
  • нормальный: 180 ± 20% кГц
  • короткое замыкание: 48 кГц
• Коэффициент эффективности (КПД), макс.: 96%
• Дополнительные функции: вольтметр, амперметр, поддержка заряда аккумуляторных батарей методом CC/CV
• Шаг измерения: 0.01-0.1 В, 0.01 А
• Погрешность измерений: ± 0.5 В, ± 0.05 А
• Контроллер: STM8SE003K3T6C
• Экран
  • матрица: ЖК (STN), монохромная, инверсная, проприетарная
  • цвета: белые символы, синий фон
  • подсветка: встроенная, 1-ламповая
  • диагональ: 1.52 дюйма (38.6 мм)
• Управление
  • функциями измерения, экраном: цифровое, кнопочное
  • выходными напряжением и током: механическое, вращением винта многооборотного потенциометра
• Количество оборотов полного хода потенциометра: 25 ± 3
• Защита модуля
  • на входе: неверная полярность источника напряжения
  • на выходе: короткое замыкание, перегрев чипа регулятора, превышение силы тока
• Контактная группа: порт USB-A(F), винтовые клеммы-терминалы Ø2 мм
• Монтажные отверстия: 4 х Ø3.2 мм
• Рабочая температура: 0℃ ~ +75℃
• Размеры: 66.2 x 40.4 x 24 мм
• Вес: 35 гр

Электронные схемы устройств прямого физического изменения основных характеристик электрической энергии, из её исходных значений в другие, широко распространены под названием "Преобразователи энергии". Устройства преобразования используются для понижения или повышения конечного уровня напряжения относительно параметров исходного источника питания, нередко оснащаются возможностью регулировки выходного вольтажа и встроенными компонентами ограничения пропускного тока. Преобразователи часто необоходимы в задачах стабилизации с выравниванием и удержанием в заданной точке одного или нескольких значимых параметров электроэнергии на примере подключения потребителей к цепям с более высоким или более низким напряжением, а также к источникам "плавающего" питания из аккумуляторных или солнечных батарей.

Среди всего существующего многообразия больших и маленьких, сложных и простых, универсальных или узкопрофильных схем, преобразователи представлены под видом полностью готовых к эксплуации модулей. Совместимость преобразователей с серийно выпускаемыми электроприборами или со вновь разрабатываемыми проектами определяется диапазонами поддерживаемого входного и выходного напряжения и тока, конструктивно-техническими исполнением конкретно взятой модели.

Схематика преобразователя XL4015E1 DC-DC понижающего HW-587

Преобразователь HW-587 функционирует в диапазоне входного напряжения +5.5В ~ +32В. Понижающий регулятор электроэнергии HW-587 совместим с безграничным перечнем существующих сетевых или портативных источников электроэнергии постоянного тока с напряжением от +5.5В до +32В, включая все самые распространённые и легкодоступные номиналы источников 9В, 12В, 14В, или 24-28В. Наиболее подходящий источник энергии для HW-587 должен обладать полуторакратным запасом силы тока от потребляемого нагрузкой.

Регулируемый преобразователь HW-587 может запитывать электрические цепи или схемы электронных устройств напряжением +1.5В ~ +32В. Модуль HW-587 предназначен для режимов продолжительной нагрузки током до 3А, или кратковременной нагрузки током до 5А, с параллельным усиленным охлаждением силовых компонентов платы. Предельная суммарная мощность подключаемого потребителя энергии ограничена отметкой 75Вт.

Импульсный понижающий DC-DC преобразователь напряжения HW-587 в одной плате объединяет два взаимосвязанных контура - силовой и измерительный. Силовая часть базируется на чипе XL4015E1 понижающего регулятора со встроенным ШИМ-контроллером и переключающим MOSFET-транзистором, генерирующим импульсы напряжения на частоте 180кГц. с минимальным количеством сопутствующих фильтрующе-стабилизирующих компонентов. Вход преобразователя дополнен MOSFET-транзистором AOD4130 защиты от переполюсовки входного напряжения. При верном подключении источника питания, транзисторным ключём замыкаются минусовые клеммы входа и выхода, преобразователь запускается в рабочий режим. Силовая схема понижающего регулятора напряжения собрана на примере создания типовых приложений из технического руководства XL4015, с внесением небольших изменений.

Измерительная часть подключена к входным и выходным клеммам преобразователя. Состоит из запрограммированного управляющего 8-битного микроконтроллера семейства STM8 в роли цифрового вольтамперметра, пары сравнивающих микросхем LM358 в связке с токовым шунтом R050 в минусовой цепи, и 3-вольтового стабилизатора питания логики HT7133-1. Схема умеет определять и рассчитывать текущие показатели напряжения и тока. Полученная информация выводится на двухстрочный экран устройства. Верхняя строка содержит показатели входного (V_IN) / выходного (V_OUT) вольтажа, нижняя строка представляет данные нагрузочного тока (A_OUT), с одинаковым для всех величин шагом 0.01 единицы. Высокая точность измерения характеристик электроэнергии в модуле HW-587 демонстрирует наименьшие расхождения значений от действительных, погрешность не превышает ±0.5В и ±0.05А.

Символ батареи на экране HW-587, также как и логотип Winners, является исключительно декоративным графическим элементом.

Порт USB

Выход преобразователя напряжения понижающего DC DC HW-587 оснащён полноразмерным 4-контактным разъёмом USB-A(F) стандарта USB2.0. Порт полностью дублирует напряжение на выходе регулятора, и может быть задействован для питания любых устройств и схем с USB-подключением. Максимальный ток через порт USB ограничен до 3А.

Настройка преобразователя HW-587, индикация событий

Отсутствие специально подготовленных площадок входного/выходного напряжения для припайки проводов или разъёмов, упрощает и облегчает способ подключение платы. Контакты источника исходного напряжения и тока зажимаются в 2-мм винтовой клемме входной группы IN+/IN-. Цепь нагрузки присоединяется с противоположной стороны к клеммам OUT+/OUT- или через стандартный порт USB-A(F). На платах с обозначением на упрощённом китайском: вход - 输入, выход - 输出.

Установка уровня напряжения

Правильная работа импульсного преобразователя заключена в постоянном соблюдении дифференциала между входом и выходом. Напряжение исходного источника питания должно оставаться более высоким, хотя бы на 1В. В понижающих DC-DC преобразователях входной потенциал определяет верхних порог напряжения на выходе, за минусом потерь внутри преобразователя. Напряжение на выходе всегда будет эквивалентен входу, когда входной уровень снижается меньше выбранной на выходе отметки.

Напряжение на выходе преобразователя устанавливается вращением подстроечного винта многооборотного потенциометра, обозначенного на плате маркировкой "ADJ-V". Цепь нагрузки на этапе регулировки напряжения отключается от преобразователя. Напряжение на выходе увеличивается поворотами винта вокруг оси по часовой стрелке, уменьшается - против часовой стрелки. Переход от минимального значения выходного напряжения к максимальному потребует до 25±3 полных оборотов винта потенциометра.

Установка силы тока

Пороговая величина допустимого тока нагрузки регулируется вращением подстроечного винта многооборотного потенциометра с пометкой "ADJ-I", изменение величины аналогично способу регулировки напряжения. Малейшее превышение отметки выбранного значения тока сопровождается снижением выходного напряжения и свечением светодиодного индикатора перегрузки "СС". Ограничение силы выходного тока устанавливается с помощью внешнего устройства "Электронная нагрузка" или иного устройства с известной величиной тока потребления, подключенного к преобразователю. Применение метода короткого замыкания клемм выхода для определения параметров тока не рекомендуется.

Наличием светодиодных индикаторов Charge (заряд) и Full (полон), модуль преобразователя HW-587 поддерживает метод CC/CV, используемый для заряда литий-полимерных, литий-ионных, свинцовых, и других типов совместимых аккумуляторов. На этапе заряда постоянным током (Constant Current) светится индикатор Charge. По мере приближения к окончанию зарядного процесса, уровень тока плавно снижается до 1/10 от своего начального потенциала. Достижение этой отметки считается завершением цикла, индикатор Charge отключается и зажигается индикатор Full. В схеме преобразователе HW-587 отсутствует механизм автоматического отключения заряженной аккумуляторной батареи от выхода преобразователя.

Цифровое управление дополнительными функциями

Управление дополнительными функциями преобразователя HW-587 реализовано двумя тактовыми кнопками SET и ENT. Кнопка SET позволяет выбрать желаемый режим отображения значений напряжения вольтметра на экране дисплея. Всего режимов три: F-0, F-1, и F-2. В первом режиме выводится показание напряжения с выхода V_OUT, во втором — выдаются цифры входного напряжения V_IN, в третем — данные о вольтаже демонстрируются для обеих сторон преобразователя, с ежесекундным переключением между входом и выходом. Кнопка ENT отвечает за управление подсветкой экрана, за сохранение текущей настройки отображения напряжения в памяти управляющего контроллера STM8S003.

Встроенным программным обеспечением модуля DC-DC преобразователя напряжения предусмотрены раздельные режимы калибровки значений вольтметра и амперметра. Выход преобразователя на этапе калибровки должен быть свободен от нагрузки. Доступ к каждому осуществляется зажатием соответствующей кнопки цифрового управления в момент подачи входной электроэнергии - SET для вольтметра и ENT для амперметра. Режим калибровки сопровождается миганием цифр на экране. Вольтметр корректируется относительно реального входного напряжения VIN, амперметр - нулевой отметки силы тока. С шагом 0.01 единицы, эталонные значения напряжения и тока в HW-587 увеличиваются кнопкой SET, уменьшаются кнопкой ENT, и автоматически сохраняются в памяти управляющего контроллера STM8S003. Выход из режима калибровки требует переподключения входного напряжения.

Схема определения типа зарядного устройства

В недалёком 2020 году Европейская комиссия призвала к созданию общей для многих производителей резолюции о едином зарядном устройстве для мобильных гаджетов, призванной значительно снизить количество формирующихся электронных отходов. Причиной тому послужило комплектование изделий фирменными зарядными устройствами среди подавляющего большинства мобильных брендов, совместимых только с оригинальным электронным оборудованием. Секрет их совместимости часто заключался в схеме распайки цифровых линий данных D+/D- шины USB, не используемых в зарядном устройстве для передачи информации. Благодаря активному использованию подобных схем, умные мобильные девайсы могли самостоятельно распознавать факт подключения к "родному" зарядному устройству, а не к USB-порту ПК для передачи данных, или к устройству заряда от конкурента.

Одно из самых распространённых вариантов - это прямое соединение обеих линий D+/D-, встречающееся у Нокиа, Флай, Элджи, Филипс, и т.д. В случаях с другими известными марками, схема распознавания ЗУ может включать до нескольких резистивных элементов, установленных в разном порядке, и применяемых для создания разноуровневого импеданса на любой из линий данных USB, или иного уровня напряжения положительного/отрицательного потенциала, отличающего от номинальных 5 вольт.

В модуле HW-587 выходы D+/D- цифровой шины данных USB закорочены соединительной дорожкой-перемычкой. Предусмотрено несколько пустых площадок для формирования требуемой схемы идентификации ЗУ для соответствующего устройства. Площадки промаркированы символами R4, R8, R19 и R20, расположены вплотную с гнездом USB. Символ "крестик" указывает на принудительно размыкаемую дорожку-перемычку, если в схему HW-587 вносятся изменения. Несколько примерных схем определения ЗУ опубликованы в разделе "Полезные ссылки".

Техническая документация

1. Спецификация XL4015 XLSEMI v1.5 datasheet (англ., PDF)

Полезные ссылки

1. Неофициальные схемы идентификации ЗУ различных устройств (PDF)