XL6009 — повышающий/понижающий DC-DC преобразователь напряжения
Повышающий-понижающий преобразователь напряжения на микросхеме XL6009 собранный по топологии SEPIC способен выдавать стабильное напряжение на выходе (от 1.25 до 35 вольт) при любом входном напряжении (от 5 до 32 вольт). Это значит, что на выходе импульсного преобразователя напряжения XL6009, всегда будет заданное стабильное напряжение, притом, что на его входе может быть напряжение как меньше, так и больше чем на его выходе.
Преобразователь имеет встроенную тепловую защиту и ограничение рабочего тока. Регулирование выходного напряжения производится с помощью высокоточного потенциометра.
Применяется XL6009 повышающий-понижающий преобразователь в автомобильных адаптерах для ноутбуков, в автомобильных и промышленных устройствах, требующих напряжение выше уровня напряжения питающей сети, в портативной электронике, незаменим в солнечных фотоэлектрических системах, системах, использующих энергию ветра, и других приложениях, где присутствует нестабильность напряжения.
Технические характеристики XL6009
- Эффективность преобразования (КПД): до 94%;
- Частота переключения: 400 кГц;
- Рабочая температура: от -40 до + 85 °C;
- Входное напряжение: 5-32 В;
- Выходное напряжение: 1.25-35 В (регулируемое);
- Максимальный ток нагрузки (Выходной ток): 3.0 А;
- Ограничение рабочего тока нагрузки (Входной ток): 4.0 А;
- Пульсация выходного напряжения: <50 мВ;
- Нестабильность выходного напряжения: <2.5%;
- Защита: от короткого замыкания и от перегрева (125°C);
- Размер: 52x33x12 мм;
Принципиальная схема преобразователя XL6009
Принципиальная схема повышающего DC-DC преобразователя, которая может быть использована для питания ноутбука от автомобильного аккумулятора (12-14 В). 
Принципиальная схема повышающего-понижающего DC-DC преобразователя. Данная схема позволяет питать ноутбук от источника питания с напряжением от 10 до 30 В. 
Вместо R2 можно поставить переменный резистор и тем самым получить регулируемое стабильное выходное напряжение.
Схема подключения XL6009 DC-DC преобразователя
Входное напряжение, соблюдая полярность, подаётся на входные контакты «IN+» и «IN-«, выходное напряжение снимается с выходных контактов «OUT+» и «OUT-«. Шина «-» общая, можно объединять для подключения одним проводом.
alt=»Схема подключения XL6009 DC-DC преобразователя» width=»200″ height=»46″ />
При питании нагрузки с номинальным током потребления более 1.0А необходимо установить радиатор сверху на микросхему или, лучше всего, плату на радиатор, соблюдая изоляцию токопроводящих частей от радиатора.
Минимальное входное напряжение 5 вольт, модуль работает некорректно от входных менее 5 вольт, можно получить неадекватные высокие показатели напряжения на выходе. Так что этот модуль непригоден для питания устройств от аккумуляторов 18650 и им подобных на 3.7 В.
Dc dc понижающий как повысить входное напряжение
СмартПульс — держите руку на пульсе высоких технологий! Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций
Главная — DIY (Сделай сам!) — Обзор повышающе-понижающего DC-DC преобразователя мощностью до 20 Вт: делаем любое напряжение из любого напряжения
Обзор повышающе-понижающего DC-DC преобразователя мощностью до 20 Вт: делаем любое напряжение из любого напряжения (в пределах разумного)
Предисловие
Повышающе-понижающие DC-DC преобразователи (постоянного тока в постоянный) — устройства крайне позитивные, поскольку позволяют поддерживать стабильное выходное напряжение при большом разбросе входного; и, что особенно важно — как в тех случаях, когда входное напряжение ниже выходного, так и когда — наоборот.
Протестированный понижающе-повышающий DC-DC преобразователь (постоянного тока в постоянный) оказался устройством не совсем обычным. Помимо своих интересных свойств, как положительных, так и не очень, преобразователь оказался пригодным для доработки, немного расширяющей диапазон выходного напряжения относительно заявленного изготовителем.
Купить тестируемый преобразователь можно на Алиэкспресс, например, здесь, а также и у многих других продавцов. Цена на дату обзора — около $1 .5 (90 российских рублей) с учётом доставки (цена может меняться в любую сторону, проверяйте!).
Внешний вид, конструкция и технические характеристики повышающе-понижающего DC-DC преобразователя
Преобразователь выполнен в виде небольшой узкой платы; посмотрим на неё в двух диагональных ракурсах:
Обратная сторона печатной платы выглядит так:
Преобразователь основан на чипе XL6019E1 (datasheet XL6019) , предназначенном для повышающих и повышающе-понижающих преобразователей.
Исходя из параметров этого чипа, а также данных, заявленных изготовителем, можно составить таблицу технических характеристик преобразователя:
| Допустимое входное напряжение | 5. 35 В * 1 |
| Выходное напряжение | 1.25. 35 В * 2 |
| Максимальный импульсный входной ток | 5 А |
| Частота преобразования | 180 кГц |
Примечания *1 и *2. Допустимое входное напряжение может составлять до 40 В, но оно ограничено номинальным напряжением электролитического конденсатора на входе (220 мкФ / 35 В). Аналогично и выходное напряжение может составлять до 39 В, но тоже ограничено номинальным напряжением такого же электролитического конденсатора на выходе (220 мкФ / 35 В).
Теперь кратко пробежимся по схемотехнике преобразователя.
Принцип работы повышающе-понижающих преобразователей на основе схемотехники SEPIC отражает вот эта упрощенная схема:
Подробных пояснений к схеме я здесь приводить не буду, их можно найти в интернете.
А вот отдельные тонкости данного конкретного преобразователя разберём!
На следующем изображении — вид платы преобразователя сверху с условными цифровыми обозначениями компонентов:
1 — главный и единственный чип преобразователя XL6019E1;
2,3 — индуктивности, работающие в схеме преобразования;
4 — электролитический конденсатор на входе преобразователя (470 мкФ / 35 В);
5 — электролитический конденсатор на выходе преобразователя (470 мкФ / 35 В);
6 — керамический конденсатор, работающий в схеме преобразования:
7 — индуктивность фильтра на выходе преобразователя;
9 — вход "земля" питания;
10 — вход разрешения и запрета работы. Вход не подключен — работа разрешена, вход соединён с землёй — работа запрещена;
13 — выпрямительный диод SS56 на выходе схемы преобразования (диод Шоттки, 5 А / 60 В).
Теперь переходим к тестам.
Тестирование повышающе-понижающего DC-DC преобразователя мощностью до 20 Вт
Важная особенность тестируемого преобразователя — отсутствие теплоотвода на его чипе; при том, что выходная мощность преобразователя — довольно значительна (заявлено 20 Вт).
В связи с этим обязательно проверим его температурные режимы (это и будет основное, но не единственное содержание теста).
В тестах температурных режимов на выходе устанавливалось напряжение 16 В и к выходу подключалась нагрузка 16 Ом. В результате ток выхода составлял 1 А, а выходная мощность — 16 Вт (80% от указанной изготовителем).
1. Первый тест. Входное напряжение 9 В, входной ток составил 2.1 А.
Термоснимок преобразователя в установившемся режиме:
В этом тесте температура чипа составила почти 124 градуса. Интересно, что наиболее сильно разогрелась не середина чипа, а его край.
Температура обеих индуктивностей тоже оказалась высокой, около 75-78 градусов. Сильно разогрелся и выпрямительный диод SS56 почти до 90 градусов. Примерно такой же была температура этих деталей и в остальных тестах.
Примерно через минуту работы в таком режиме напряжение на выходе стало падать: это включилась собственная термозащита чипа XL6019.
Успешное срабатывание защиты записываем в несомненный "плюс" преобразователя; но вот такую комбинацию мощности нагрузки и входного напряжения, при которых включилась термозащита, объявляем недопустимой.
Как медицинский факт стоит при этом упомянуть, что работа импульсных преобразователей с низкими входными напряжениями является для них неблагоприятным режимом. Чем ниже входное напряжение, тем больший ток они потребляют при фиксированной мощности выхода, и тем больше потери на ключевом транзисторе и на катушках индуктивности.
КПД в этом режиме до включения термозащиты составил 85%.
2. Входное напряжение 12 В, входной ток составил 1.55 А.
Термоснимок преобразователя в установившемся режиме:
Температура чипа составила до 110 градусов, но работа была стабильной — термозащита не срабатывала.
КПД в этом режиме составил 86%.
3 . Входное напряжение 15 В, входной ток составил 1.23 А.
Термоснимок преобразователя в установившемся режиме:
Температура чипа снизилась до 102 градусов.
КПД в этом режиме составил 87%.
4. Входное напряжение 18 В, входной ток составил 1.01 А.
Термоснимок преобразователя в установившемся режиме:
Температура чипа снизилась ещё чуть-чуть (до 98 градусов), а КПД — ещё чуть-чуть повысился, до 88%.
При дальнейшем повышении входного напряжения до 30 В температура чипа существенно не менялась и оставалась в пределах 97-102 градуса.
Теперь от температурных тестов переходим к другим испытаниям.
Проверка тока потребления холостого хода в зависимости от входного напряжения:
Осциллограммы напряжений на выходе чипа и в точке соединения 2-ой индуктивности с выпрямительным диодом (при входном напряжении 12 В, выходном напряжении 16 В, токе выхода 1 А):
Проверка пульсаций выходного напряжения (режим работы преобразователя — прежний)
Осциллограмма пульсаций напряжения до выходного фильтра:
Осциллограмма пульсаций напряжения после выходного фильтра:
Сравнивая две последние осциллограммы, можно убедиться, что выходной фильтр имеет высокую эффективность.
Проверка минимального и максимального выходного напряжения
Минимальное напряжение на выходе — 1.25 В, максимальное — 38.7 В; но устанавливать максимальное напряжение на длительное время — нельзя, так как оно превышает максимально-допустимое напряжение электролитического конденсатора на выходе преобразователя (220 мкФ / 35 В). Впрочем, поменяв конденсатор на более высоковольтный — можно.
Проверка режима короткого замыкания на выходе
При коротком замыкании на выходе ток входа составляет около 1 А, что может привести к сильному нагреву элементов схемы. Режим короткого замыкания длительностью свыше нескольких секунд крайне не рекомендуется.
Особенность работы понижающе-повышающего DC-DC преобразователя при напряжении входа ниже минимально-допустимого (5 В)
При попытке выяснить минимальное напряжение запуска преобразователя выяснилась особенность, из-за которой использовать его в режиме с входным напряжением ниже минимально-допустимого нельзя.
При входном напряжении 3.1 — 3.4 В напряжение на выходе на холостом ходу подскакивало до 48-52 В независимо от того, какое напряжение выхода было установлено в рабочем режиме. То есть, создаётся опасность выхода из строя подключенной к преобразователю нагрузки.
По этой причине преобразователь нельзя питать от односекционного литий-ионного аккумулятора, так как при приближении уровня его заряда к нулю его выходное напряжение как раз оказывается в этой опасной зоне.
На всякий случай были сняты осциллограммы процессов включения и выключения преобразователя, так как в этом случае тоже на какое-то короткое время напряжение входа пересекает опасную зону.
При этом на осциллограмме при включении преобразователя ничего подозрительного не обнаружилось, а на осциллограмме при его выключении на выходе в режиме холостого хода обнаружился небольшой пик:
Повышение напряжения в пике составило около 2 В, что в большинстве случаев не должно быть критичным.
При нагрузке на выходе в 100 мА никакого повышения напряжения на выходе в момент выключения не было:
Так что при реальной работе никаких неприятностей можно не ожидать.
На этом можно перейти к окончательному диагнозу.
Окончательный диагноз повышающе-понижающего DC-DC преобразователя на XL6019
В целом протестированный повышающе-понижающий DC-DC преобразователь показал себя вполне функциональным и пригодным к употреблению устройством.
Но, при его использовании надо помнить об его ограничениях; и, самое главное, не надо пытаться его использовать совместно с односекционными литий-ионными аккумуляторами. Преобразователь войдёт в нештатный режим работы с возможными неприятными последствиями.
Из плюсов преобразователя надо отметить наличие выходного фильтра, многократно снижающего пульсации выходного напряжения.
Из других особенностей надо отметить более низкий КПД, чем он обычно бывает отдельно у понижающих и повышающих DC-DC преобразователей. Объясняется это тем, что здесь преобразователь прогоняет энергию не через одну, а через две индуктивности, каждая из которых вносит свой вклад в потери.
Отсюда проистекает и область применения протестированного преобразователя: это — именно те случаи, когда входное напряжение может быть как ниже, так и выше требуемого выходного напряжения.
Например, он может использоваться для получения "истинного" напряжения 12 В от аккумулятора с номинальным напряжением 12 В, которое на самом деле в процессе заряда и разряда может меняться от 10 до 14 В.
Купить протестированный повышающе-понижающий DC-DC преобразователь можно на Алиэкспресс, например, здесь. Цена на дату обзора — около $ 1.5 (
90 российских рублей). Цена может меняться в любую сторону, проверяйте! Если найдётся у других продавцов дешевле, то тоже можно брать — товар одинаковый.
Весь раздел "Сделай сам! ( DIY) " — здесь.
Ваш Доктор.
20 декабря 2022 г.
Вступайте в группу SmartPuls.Ru 
Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.
учимся пользоваться dc-dc стабилизаторами на LM2596
Питание: 5-35 В (постоянный ток)
Выход: 1,25-30 В, 3 А (макс. 4 А). Для >15 Вт требуется теплоотвод
Постоянное напряжение (CV)
Постоянный ток (CC)
Индикация заряда
Предполагаемые способы использования:
Преобразователь для питания LED-ламп, лент и т.п.
Зарядка аккумуляторов постоянным током и напряжением с минимальной индикацией
Плата очень маленькая, влазит в спичечный коробок.
На вход подаём постоянное напряжение от 5 В до 35 В. На выходе получаем заранее заданное постоянное напряжение от 1,25 В до 30 В. Выходное напряжение не может быть больше входного минус некоторая разница (не менее 2 В). Таким образом, после настройки выходного напряжения Uвых входное Uвх можно менять в диапазоне примерно от Uвх + 2В до 35 В, выходное напряжение при этом не будет меняться.
Постоянный ток
Пока ток не превышает заданного максимума, плата выполняет роль стабилизатора напряжения, ток может быть любым, напряжение — строго заданное. Как только ток пытается подняться выше заданного, начинает работать ограничитель тока. Ток на выходе при этом фиксированный, а напряжение понижается так, чтобы через нагрузку шёл этот максимальный ток. Получается, что ни напряжение, ни ток не выходят за установленные значения.
Например, если по расчетам выходит, что выходной ток должен быть 2,5 А (например, при заданном Uвых = 5 В и нагрузке 2 Ом), но плата настроена на ограничение в 2 А, то на выходе будет 2 А и напряжение 4 В (2 А * 2 Ом), при этом будет гореть индикатор ограничения. Если теперь повысить сопротивление нагрузки до 3 Ом, то ток в выходной цепи будет идти без ограничений, напряжение снижаться не будет и будет равно заданному, ток — 5 В / 3 Ом = 1,67 А. Индикатор при этом гореть не будет.
Для настройки максимального тока закорачиваем выход через мультиметр в режиме измерения большого тока, обычно с пределом 10 А, которого здесь хватит с запасом, и выставляем крутилкой на плате необходимый ток.
для моих 4 красных eagle eye выходит 240mA проработали ночь на таких настройках и ничего не произошло не нагрелась схема не сдох светик.
Индикация заряда
Этот индикатор горит, пока ток в выходной цепи выше заданного значения. Это значение устанавливается относительно максимального тока. При установке большого максимального тока (единицы ампер) может не получиться установить индикацию на маленький ток (единицы и десятки мА).
Этот преобразователь больше подходит для относительно высоких выходных напряжений (например, 12 В и выше), но при этом он не способен работать с большими токами, т.к. рассеиваемая мощность, а значит и нагрев, при увеличении выходного тока будет всё равно только расти, а охлаждение платы минимально. Реальные характеристики преобразователя наверняка хуже заявленных, но для первичной оценки хватит и этой информации.
Учим понижающий преобразователь DC-DC работать при низких напряжениях
Встретился на просторах Ali весьма интересный понижающий преобразователь напряжения, с таким набором характеристик.
Вот что заявлено у продавца:
1.Input voltage range:5-36VDC
2.Output voltage range:1.25-32VDC adjustable
3.Output current: 0-5A
4.Output power: 75W
5.High efficiency up to 96%
6.Built in thermal shutdown function
7.Built in current limit function
8.Built in output short protection function
9.L x W x H =68.2×38.8x15mm
Про самые интересные фички этого преобразователя продавец или не сказал или не заострил на них внимание. А фички весьма интересные.
1. Встроенный вольтметр входного и выходного напряжений, амперметр и ваттметр, с функцией калибровки показаний. Функция калибровки для напряжения и тока работает независимо. Реальная точность показаний после калибровки получается в районе
0.05v. Но об этом ниже.
2. Данный понижающий преобразователь умеет работать как в режиме стабилизации напряжения, так и в режиме стабилизации тока. По сути — это самый маленький и самый дешёвый лабораторный источник питания со встроенным мультиметром. К которому достаточно прицепить кроватку для аккумуляторов, чтобы получить готовое зарядное устройство любых типов аккумуляторов.
3. Встроенный USB разъём, позволяющий напрямую цеплять USB устройства. Вроде это мелочь, и совсем не сложно спаять свой USB хвост. Но любой хвост даст паразитное сопротивление, а тут уже всё на плате. Реально удобно. USB выход с максимальным током до 5A, для которого можно выставить произвольное напряжение и который не боится ни КЗ, ни перегрузки — это круто.
Была мысль использовать данный преобразователь как мощный преобразователь, способный утилизировать полную мощность солнечной батареи с напряжением в 6v. Так как использовать солнечную батарею планируется использовать вдали от цивилизации, где лишнего мультиметра с собой нет, очень хотелось найти преобразователь с наличием встроенного вольтметра-амперметра.
Понижающих преобразователей с функцией стабилизации тока, не боящихся КЗ, со встроенным вольтметром-амперметром совсем не большое предложение. Ближайшие конкуренты:
Другой тип вольтметра, без функции ваттметра и без возможности калибровки на уровне кнопок, плюс значительно дороже.
В общем, лучше ничего найти не удалось, и данный преобразователь был куплен. Через месяц пакет ждал на почте.
Первые-же тесты данного преобразователя разочаровали. Оказалось, что хотя сам преобразователь начинает работать при входящих напряжениях выше 3.2v, то вот с вольтметром была беда. Врал вольтметр на НЕСКОЛЬКО ВОЛЬТ. Поэтому первым делом была сделана калибровка. Но оказалось, что калибровка не спасает. Если откалибровать вольтметр при 5v, то начинались проблемы с показаниями при 12v и наоборот.
Позже, эксперименты показали, что вольтметр показывает корректные значения, только если входное напряжение выше 6.5v. При снижении входного напряжения ниже 6.5v вольтметр начинал врать. Причём искажались абсолютно все показания при низком входном напряжении. Даже показания выходного напряжения начинали «плыть», хотя фактически они были стабильны. Была крайне неприятно наблюдать, когда при уменьшении входного напряжения с 6.5v до 4.2v встроенный вольтметр начинал показывать, что входящее напряжение растёт. Вот пример цифр, входящего напряжения и напряжения на встроенном вольтметре.
6.74v – 6.6v
6.25v – 6.7v
5.95v – 6.7v
5.55v – 6.8v
5.07v – 7.2v
4.61v – 7.5v
4.33v – 7.8v
При падении входного напряжения ниже 4.2v вольтметр отключался вообще.
Был создан диспут, но продавец оказался нормальным и не стал упираться, 50% от цены сразу вернул.
Если забыть про вольтметр, либо рассчитывать, что питающее напряжение будет всегда больше 7v, тогда можно считать, что преобразователь работает отлично. Но для моего случая, когда основной диапазон рабочих напряжений 4v-8v это можно было считать полным фиаско.
Но тут пришла осень, длинные хмурые вечера, и стало интересно посмотреть, а нельзя ли что-нибудь сделать.
Оказалось, что ряд важных элементов спрятан под дисплеем, выпаивать который без особой необходимости не хотелось. Поэтому полную схему преобразователя нарисовать не получилось. Тем более, что несмотря на кажущуюся простоту, схема не такая уж и простая. Потыкав в работащий преобразователь мультиметром, стало ясно, все проблемы начинаются, когда отдельная шина питания, со стабилизированным напряжением в 5v для вольтметра и прочих «мозгов» начинает проседать. За стабильные 5v отвечает чип LM317. И как только напряжения на его входе начинает не хватать для выдачи стабильных 5v, начинаются проблемы у вольтметра.
Проблема стала понятна, но решение её не казалось таким уж простым. По идее, нужно заменить LM317 на какой-то аналог, который умеет не только понижать напряжение, но и повышать его. Аналог SEPIC преобразователя или подобного. Такие чипы есть, но они точно не будут совместимы по цоколёвке, они точно будут требовать дополнительную обвязку, да и цены на такие чипы обычно не гуманные. И тут пришла идея. А что если добавить плату повышающего преобразователя перед LM317. Тем более, что потребляемый ток «мозгами» совсем небольшой. В качестве такой платы идеально подходил преобразователь MT3608, обзоры которого есть тут или тут. Ещё одно неоспоримое достоинство MT3608 — это его цена. Сейчас на Али цена MT3608 начинается с 0.35$ и имеет тенденцию к ещё большему удешевлению.
Кроме цены, радует, то что для модификации нужно сделать минимум изменения на плате. Достаточно разрезать одну дорожку (1) и припаять три провода к MT3608 +Vin (2), -Vin (3) и +Vout (4).
Дополнительно, поверх дросселя MT3608 были намотаны несколько слоёв изоленты, чтобы выровнять высоту с подстроечным резистором. Плюс на самой плате MT3608 была добавлена перемычка для расширения диапазона регулировок потенциометром, и добавлен керамический конденсатор 10 мкф на выходе. В результате получилось так: 
Полученный результат превзошёл все ожидания:
1. Значительно возросла точность показаний вольтметра-амперметра при входных напряжениях ниже 6.5v. Проще говоря, вольтметр стал работать как должен быть работать сразу. С учётом калибровки, можно выставить показания в нужном диапазоне в районе 0.05v. Хотя всё-же нужно заметить, что если точно выставить регион 5v, в районе 12v вольтметр будет врать в районе 0.3v.
2. Вольтметр теперь включается при 1.9v. Теперь можно видеть на встроенном вольтметре, момент включения силовой части преобразователя, при повышении входного напряжения выше 3.2v.
3. Теперь в случае перегрузки источника, это когда преобразователь пытается забрать от источника питания больше, чем тот может отдать, преобразователь стал работать значительно стабильнее. Силовая часть при перегрузке просаживает входное напряжение где-то до 3.45v, что вполне достаточно для питания «мозгов» преобразователя. Не происходит вход преобразователя в режим как-бы мерцания, когда напряжения не хватает для запуска «мозгов».
У данной модификации есть и пара недостатков:
1. Плата стала выше, поэтому чтобы не повредить «сэндвич», были вкручены шурупы, позволяющие устанавливать плату на ровную поверхность без риска.
2. Рабочий диапазон входных напряжений сократился. Ранее входное напряжение могло достигать 35v. Сейчас верхний предел снижен до 20v из-за ограничения MT3608 по входном напряжению. Но в моём случае это абсолютно не критично.
Кота нет, но есть моль 