Конвертеры DC-to-DC с двухполярным выходом

Часть 2. Испытание модулей DD1718PA и DD1912PA

Испытываем модуль DD1912PA при нагрузке по каналу +U

Результаты испытаний показаны в таблице 5.

Таблица 5. Результаты испытаний модуля DD1912PA при нагрузке только по каналу +U.

Сравнивая эти данные с аналогичными результатами для модуля DD1718PA можно отметить следующие отличия:

1. Модуль DD1912PA несколько лучше поддерживает стабильность выходных напряжений. Если у DD1718PA при изменении тока нагрузки от 0 до 500 мА выходное напряжение уходило примерно на 3.5% по каналу +U и на 21% по каналу -U, то у DD1912PA изменение выходных напряжений при той же нагрузке составляет всего 0.9% и 15.5% соответственно. Учитывая, что напряжение в обоих модулях регулирует одна и та же микросхема, автор затрудняется объяснить, с чем именно связано такое улучшение стабильности. Как обычно, ждем мнений наших читателей по этому поводу.
2. К.п.д. модуля DD1912PA при одинаковых токах нагрузки в среднем на 10% ниже чем к.п.д. DD1718PA, что можно объяснить потерями энергии в трех дросселях (вместо одного) и в электролитических конденсаторах. Некоторые источники в интернете предлагают для повышения к.п.д. модуля заменить штатные дроссели на самодельные с такой же индуктивностью, намотанные более толстым проводом на кольцевых ферритовых сердечниках. Как они утверждают, такая замена позволит не только снизить потери в дросселях, но и значительно уменьшит уровень электромагнитных помех, излучаемых модулем. Автор не проверял, что получится при такой замене, но идея выглядит вполне разумной.
3. Модуль DD1912PA не склонен впадать в режимы аномальных пульсаций, вроде тех, которые мы наблюдали у DD1718PA. При малых токах нагрузки микросхема XL6007 в этом модуле не входит в режим прерывистой генерации пачек импульсов, а просто понижает среднюю частоту следования импульсов, хаотическим образом "пропуская" некоторые импульсы, при этом в выходном напряжении модуля не появляется пилообразной составляющей, как у DD1718PA. При больших токах нагрузки дополнительной синусоидальной составляющей у DD1912PA также не появляется.

Подробнее о пульсациях

Осциллограмма пульсаций модуля DD1912PA показана на рисунке ниже:

Такая же форма пульсаций наблюдается и при других токах нагрузки, меняется лишь их амплитуда (см. крайнюю правую колонку таблицы 5), а при малых токах (менее 30 мА) часть импульсов пропускается, в результате чего при сохранении формы снижается средняя частота их следования до 200 или даже до 150 кГц.

Испытываем модуль DD1912PA при нагрузке по обоим каналам

Этот модуль расчитан на примерно одинаковые нагрузки по выходам положительного и отрицательного напряжения, поэтому и испытывать мы его будем при одинаковых токах по обоим каналам. Результаты измерений показаны в таблице 6:

Таблица 6. Результаты испытаний модуля DD1912PA при нагрузке по обоим каналам.

Рассмотрим результаты измерений более внимательно:

1. В этом тесте мы наблюдаем наилучшую стабильность выходных напряжений по сравнению со всеми предыдущими. Если отбросить результат измерения при нулевой нагрузке, на которую модуль не расчитан, то во всем диапазоне токов от 10 до 300 мА напряжение на выходе +U изменяется лишь на сотые доли процента, а на выходе -U - менее чем на 1%. Вполне достойный результат для такого простого и недорогого компонента.
2. К.п.д. модуля, как мы уже отмечали, остается на 10-12% ниже чем у DD1718PA при аналогичных нагрузках.
3. Размах пульсаций на выходе +U снизился примерно в два раза по сравнению с режимом нагрузки только по одному каналу. Это говорит о том, что оптимальный режим работы всей гирлянды из дросселей, диодов и конденсаторов, которую представляет собой выходная цепь SEPIC конвертера, достигается только тогда, когда полезная мощность потребляется по обоим каналам одновременно.

Часть 3. Выводы

Суммируя все сказанное выше, делаем следующие выводы:

• Модули конвертеров DD1718PA и DD1912PA - недорогой и достаточно эффективный способ получить двухполярное напряжение питания из имеющегося однополярного, в том числе и в аппаратуре с питанием от батарей. При этом надо учитывать, что цепи выходных напряжений таких конвертеров не имеют гальванической развязки со входной цепью.
• Основное отличие модулей друг от друга: DD1718PA является повышающим конвертером, а DD1912PA может работать как в режиме повышения так и в режиме понижения входного напряжения. Кроме того, модуль DD1718PA рекомендуется использовать в случае, если нагрузка по выходу -U значительно меньше нагрузки по выходу +U, а DD1912PA - если нагрузки по выходам более или менее одинаковы.
• При необходимости фиксированное выходное напряжение модуля может быть изменено на любое другое в диапазоне от ±5 до ±24 В путем замены одного резистора в цепи обратной связи микросхемы XL6007.
• Следует избегать использования модулей при малых токах нагрузки, поскольку при этом микросхема XL6007 либо входит в режим прерывистой генерации, либо хаотическим образом пропускает часть импульсов, что негативно сказывается и на энергетической эффективности модулей и на уровне пульсаций на выходе. Оптимальным для обоих конвертеров является такой режим работы, при котором нагрузка по обоим каналам потребляет суммарную мощность от 0.45 Вт до 4.5 Вт. Например, для модулей с выходным напряжением 15 В это соответствует токам нагрузки от 30 до 300 мА (в сумме по обоим каналам).
• Если устройство, питающееся от таких модулей, предъявляет повышенные требования к стабильности питающих напряжений и к низкому уровню пульсаций, то качество выходных напряжений этих модулей может быть дополнительно улучшено путем подключения трехвыводных стабилизаторов 78xx/79xx или аналогичных.
• Емкость конденсаторов С4-С7 на выходах +U и -U модуля DD1718PA является недостаточной, поэтому рекомендуется подключать на эти выходы внешние электролитические конденсаторы емкостью не менее 100 мкФ, иначе модуль работает нестабильно. У модуля DD1912PA таких проблем не наблюдается и ему дополнительные конденсаторы не требуются.

Если вы уже использовали эти модули в своих разработках и имеете какие-либо дополнения или замечания к тому, что сказано выше, пишите нам, будем дополнять или исправлять этот обзор вместе.