Moduł XL6009E1 DC-DC przetwornica podwyższająca napięcie

 

Dzisiaj trochę uwag i przemyśleń związanych z przetwornicą napięcia zbudowaną na układzie XL6009E1. Jest to przetwornica STEP UP czyli podwyższająca napięcie.

Układ XL6009E1 jest nowszą wersją układu XL6009.

Producent zapewnia, że w nowym układzie poprawiono sprawność energetyczną, zwiększono zakresy napięć, zwiększono częstotliwość przełączania i tym podobne detale. Nota katalogowa układu jest dostępna w Internecie.

Ja chciałem zwrócić uwagę na zagadnienia które mogą być nie do końca jasne i spowodować zniechęcenie przy pracy z tymi przetwornicami. 

Sprawa bardzo istotna:

Zanim cokolwiek przyłączymy do przetwornicy włączmy ją i ustawmy interesujące nas napięcie wyjściowe (niebieskim potencjometrem na płytce przetwornicy). Dopiero po ustawieniu napięcia przyłączamy obciążenie. Nigdy nie wiadomo jaka wartość napięcia została ustawiona przez producenta.

Zacznijmy od podstaw. Poniżej schemat tej przetwornicy:

Jak widać jest to prosty układ ale i tak producentom udaje się go popsuć. Podstawowe błędy to za niskie napięcie robocze kondensatorów na wejściu i wyjściu, brak kondensatorów blokujących 100 nF, za niska wartość dopuszczalnego prądu dla diody prostowniczej i dławika głównego. Przykładowe zdjęcia takich niedoróbek będą w dalszej części opisu.

No i gwóźdź programu: Prawie wszystkie przetwornice dostępne na naszym rynku mają montowaną diodę prostowniczą typu SS34 która ma napięcie dopuszczalne 40 V i prąd maksymalny 3 A.

Dławiki też często mają prąd dopuszczalny 3 A. 

Nota katalogowa zaleca zastosowanie 5 amperowej diody SB550 lub SB560 (dla SMD 50WQ05). Oszczędności?

Wymiana diody na 5...6 A i napięciu wstecznym na poziomie 50 V oraz dławika na taki który może pracować poprawnie przy prądzie 6 A z pewnością poprawiła by pracę tej przetwornicy.

 

Teraz trochę o prądach. Sprzedawcy podają różne dane dotyczące prądu maksymalnego. Według jednych jest to max. 4 A na wyjściu, według innych na wejściu, trafiają się sprzedawcy podający, że maksymalny prąd na wyjściu to 3 A lub nawet 2 A.

Prawda jest trochę inna. Maksymalny prąd 4 A jest to prąd który może przełączać układ XL6009E1. Czyli realnie będzie to trochę mniej. Co to oznacza? Że musimy tak projektować układ w którym pracuje przetwornica by nigdzie nie przekroczyć prądu 4 A.

Wiadomo, że energia nie bierze się z kosmosu (podobno) więc to co włożymy otrzymamy na wyjściu układu. W naszym przypadku musimy popatrzeć z drugiej strony czyli od obciążenia. Załóżmy, że potrzebujemy na wyjściu otrzymać 12 V i pobierać prąd 2 A. 12 V razy 2 A to daje nam 24 W. Co się dzieje na wejściu? Przy napięciu wejściowym 5 V prąd osiągnie wartość około 4,8 A czyli przetwornica zacznie się gotować. Jeżeli napięcie wejściowe podniesiemy do 8 V to prąd na wejściu zmaleje do około 3 A co będzie wartością bezpieczną dla przetwornicy. Oczywiście w tym przykładzie pominąłem sprawność przetwornicy która wynosi około 90% i maleje wraz ze wzrostem różnicy napięć na wejściu i wyjściu.

Tak więc liczmy bilans, pamiętajmy o sprawności układu a problemów będzie mniej.

W poniższej tabeli przedstawiłem zależności napięć i prądów na wejściu i wyjściu przetwornicy:

Pomiary zostały wykonane przy wyjściu przetwornicy obciążonym rezystorem 10R (ohm).

Wartości prądów zapisane kolorem czerwonym były mierzone przez około 2 sekundy by nie uszkodzić przetwornicy.

Różnice mocy (VA) na wejściu i wyjściu wynikają ze sprawności przetwornicy którą producent zadeklarował na 90%.

A co się dzieje gdy wyjdziemy poza parametry które deklaruje producent? Na przykład poniżej 5 V?

Przetwornica STEP UP oparta na układzie XL6009E1 sprawdza się w pełni w zakresie napięć wyższych niż wcześniej wspomniane 5 V. Jednakże, przy obniżeniu napięcia zasilającego poniżej 3,5V zauważamy pewne nieoczekiwane zachowanie.

Zetknąłem się z tym przy zasilaniu z tej przetwornicy 12 voltowego paska LED. Po obniżeniu napięcia zasilającego poniżej 3,5V, układ przez pewien czas przechodzi w stan oscylacji. Diody LED zaczynają mrugać. Przy dalszym obniżaniu napięcia wejściowego przy wartości około 3,4V na obciążonym LED-ami wyjściu pojawiło się napięcie około 17V. Okazało się też, że bez obciążenia napięcie to dochodziło do 55 V. Przetwornica w czasie pracy bez obciążenia pobiera około 18 mA a w stanie "wzbudzenia" prąd skacze nawet do około 500 mA.

Dalsze obniżenie napięcia wejściowego prowadzi do stopniowego spadku napięcia na wyjściu, aż w końcu, przy napięciu wejściowym wynoszącym około 1,5 V (również poprzedzone oscylacjami), przetwornica się wyłącza.

Warto mieć to na uwadze gdy wpadnie nam do głowy pomysł zasilania przetwornicy z pojedynczego akumulatora Li-Ion 3,7 V. Gdy akumulator rozładuje się poniżej 3,5 V układ może zacząć żyć własnym życiem i spowodować spustoszenia na obciążeniu.

Poniżej foto przetwornicy która ma kondensatory na 35 V na wejściu i na wyjściu.

W egzemplarzu który testowałem (z kondensatorem na 50 V na wyjściu), potencjometrem ustawiającym napięcie wyjściowe można było "dojechać" do 55 V. Nawet biorąc pod uwagę, że kondensatory wytrzymują większe napięcie niż deklarowane to 55 V dla kondensatora na 35 V może być zabójcze.

Wiem, że producent deklaruje maksymalne napięcie wejściowe i wyjściowe jako 35 V ale skoro potencjometrem można... Pewnie znajdą się ludzie którzy to przetestują ;)

Zwróćcie też uwagę, że przetwornice podwyższające i obniżające napięcie są do siebie podobne:

Przetwornica jest nieizolowana. Znaczy to, że minus wejścia jest połączony z minusem wyjścia (wspólna masa). Nie da się więc połączyć szeregowo wyjść dwóch przetwornic w celu podniesienia napięcia powyżej 50 V. No chyba, że przetwornice będą zasilane z dwóch różnych źródeł napięcia.

.