Преобразователи напряжения, иногда создается ощущение что они везде, даже там, где казалось бы им делать нечего.
Их вы можете встретить в повербанках, смартфонах, ТВ боксах, компьютерах, USB хабах, роутерах и многих других устройствах.

Но кроме этого преобразователи продаются в виде отдельных модулей, предназначенных как для радиолюбительского творчества, так и для вполне профессионального применения и собственно об этих "невидимых помощниках" и пойдет сегодня разговор.

Как обычно, напоминаю, чтобы быть постоянно в курсе новых тем в блоге, рекомендую подписаться на мой инстаграмм, где я буду выкладывать уведомления о всех новых темах и возможно писать просто о чем-то интересном - ссылка на аккаунт


Преобразователи напряжения делятся на три основные группы:
1. Понижающие
2. Повышающие
3. Универсальные

При этом третий тип делится на три подгруппы:
1. Состоящие из двух, повышающего, затем понижающего, их чаще всего называют Buck-Boost.
2. Универсальные, работают автоматически переключаясь между режимом понижения и повышения
3. SEPIC, полностью универсальный преобразователь

Также преобразователи могут иметь дополнительные возможности:
1. Гальваническую развязку входа и выхода
2. Несколько выходных напряжений
3. Инверсию выходного напряжения
4. Регулировку по току и/или напряжению
5. Индикацию
6. Возможность работы с протоколами быстрого заряда Quick Charge, Power Delivery и т.п.

Уже просто по списку вариантов исполнения (не считая комбинаций) можно понять, что моделей преобразователей существует великое множество, а ведь бывают еще отличия, например возможность подключения к компьютеру, сверхмалое потребление в дежурном режиме, повышенный диапазон входного напряжения, наличие синхронного выпрямителя для повышения КПД и т.д.

Также следует помнить, что линейные стабилизаторы ("КРЕНки") не являются преобразователями. Преобразователи, это упрощенно "трансформаторы постоянного тока", например при выходных 5 вольт 3 ампера и входном 15 вольт, ток по входу будет пропорционально меньше, в отличие от линейных стабилизаторов, где ток одинаков всегда.

Понижающие преобразователи напряжения.
Обычно они выполнены по топологии Step-Down, входное напряжение всегда должно быть выше выходного примерно на 5-20%.


В последнее время большое распространение получают компактные синхронные преобразователи на базе MP2225, с заявленным максимальным выходным током до 5 ампер, что при таком размере выглядит очень интересно, ссылка на первый и второй модули.
Кроме того есть по своему необычный DC-DC модуль питания DD4012SA, который выполнен в виде "КРЕНки" и позволяет заменить ей с увеличением КПД.



Неплохо в радиолюбительской среде известны преобразователи на базе микросхем LM2596S, XL4005, XL4015, при этом больше внимания заслуживают второй и третий вариант. Дело в том, что контроллеры серии обычно являются оригиналами, хотя и китайской разработки, а вот LM2596 часто подделывают.
Данные модели преобразователей имеют выходной ток до 3 или 5А, регулировку напряжения и диапазон входного напряжения от 4-5 и до 30-40 вольт, ключевое отличие, неплохие нагрузочные характеристики при не сильно высокой цене.


Иногда на подобных платах вы встретите два, а то и три подстроечных резистора, второй обычно предназначен для регулировки ограничения тока, а если есть третий, то при помощи него настраивается порог индикации ограничения тока. Подобные платы используются там, где необходимо ограничение тока, например питание мощных светодиодных матриц, заряд аккумуляторов. При этом иногда на такие платы ставят индикатор для отображения напряжения и тока, что еще больше повышает удобство пользования превращая его по сути в универсальное зарядное устройство., П
Первая плата, вторая и третья.


Выпускаются и более мощные версии, например на базе популярного контроллера XL4016, для них обычно заявляется ток нагрузки до 8-12А, причем иногда к подобным платам добавляют ампервольтметр и получают простенький лабораторный блок питания.
Если и этого мало, то например справа показан преобразователь с ограничением тока, входным напряжением 20В-70В и выходным током до 30А при 2.5-58 вольт, такой уже можно использовать для питания автомобильного холодильника от 24В аккумулятора.
Первая плата, вторая и третья



Повышающие преобразователи
Не менее интересный и полезный сегмент устройств, хотя и не такой распространенный.
Здесь сразу стоит пояснить одну особенность большинства преобразователей по топологии Step-Up, которая возможно поможет не сжечь ваше устройство или преобразователь. Дело в том, что преобразователи собранные по такой топологии не могут выдать на выход напряжение меньше чем входное минус падение на диоде, т.е. если на входе у него 20 вольт, то на выходе никак не получите менее 19.5, это важно и следует учитывать.
Также имейте в виду, что если у повышающего преобразователя указан какой-то максимальный выходной ток, то это скорее всего ток при минимальном соотношении вход/выход, а ориентироваться правильнее на максимальный входной ток и считать мощность преобразователя.
Учет указанных выше особенностей позволит избежать ошибок и использовать повышающие преобразователи более эффективно и безопасно.



Сразу можно выделить пару "народных" моделей, которые при очень низкой стоимости перекрывают большую часть потребностей самодельщиков.
Две первые модели построены на базе контроллеров SX1308 и MT3608, полезно то, что начинают они работать при напряжении в 1.8-2 вольта и это критично для устройств с аккумуляторным питанием.
В третьем преобразователе применена XL6009, здесь минимальное входное напряжение 5 вольт, выходная мощность немного выше чем у предыдущих, но в целом они очень похожи, потому SX1308 и MT3608 более интересны за счет меньшего размера.

Использовать подобные преобразователи удобно для питания маломощных потребителей, например светодиодной подсветки на базе 12 вольт лент от одного-двух литий-ионных аккумуляторов.



Более мощные преобразователи на базе XL6019 также имеют минимальное входное напряжение в 5 вольт и допускают ток встроенного ключа в 5А, что примерно в два раза больше чем у предыдущих.
Если требуется питать еще более мощную нагрузку, например ноутбук от автомобильного аккумулятора, здесь подойдет преобразователь QSKJ QS-1224CBD с током от 10 ампер и мощностью до 150Вт.
Первая плата и вторая, в качестве третьего варианта порекомендую немного другую, но также полезную, у меня имеется и ее обзор.


Очень часто возникает необходимость иметь не только относительно большую выходную мощность, а и функцию ограничения тока. Это сильно расширяет сферу применения позволяя заряжать аккумуляторы электровелосипедов, питать мощные светодиодные прожекторы. Причем с повышающим преобразователем можно использовать буквально то что есть "под рукой", например недорогие 12 вольт блоки питания или же автомобильный аккумулятор.
Но следует обязательно учитывать, что защиты от КЗ такие преобразователи не имеют и ток ограничивают ровно до тех пор пока напряжение на нагрузке не станет ниже чем напряжение источника.

Первый преобразователь имеет мощность до 400Вт при максимальном токе до 12 ампер
QSKJ QS-2448CCBD более компактен, но имеет мощность до 100Вт (190 при дополнительном охлаждении), при этом компоненты смонтированы на алюминиевой подложке которую можно установить на радиатор для лучшего охлаждения.
А вот повышающий преобразователь BMM9201 кроме ограничения тока имеет еще и дисплей, на который можно вывести информацию о токе или напряжении, причем как входном, так и выходном, для чего есть специальный джампер.



В случае если и этого мало, можно использовать преобразователь QSKJ QS-4884CCCV, он также имеет функцию ограничения выходного тока, но выпускается в двух вариантах, 1200 и 1800Вт. Причем разница в цене между ними минимальна, а ключевые отличия 1800Вт модели заключаются в более мощном дросселе и трех предохранителях против двух у младшей.
Обе модели имеют массивный радиатор и активное охлаждение.

Максимальный входной ток первой модели составляет 20 ампер, а второй около 25-30, потому при питании от источника в 12 вольт вы получите только 240 или 360Вт.
Кроме того, так как у повышающих преобразователей ток по входу выше чем по выходу пропорционально коэффициенту преобразования, то следует убедится, что ваш источник сможет такой ток обеспечить. Это касается всех повышающих преобразователей. Как пример, максимальный входной ток преобразователя 10 ампер, на выходе хотим получить 36 вольт 5 ампер, значит напряжение источника должно быть не менее (36х5)/10=18 вольт без учета КПД, а так как КПД обычно около 90%, то получается надо минимум 20 вольт, а лучше 24.



Универсальные преобразователи.
Особая серия преобразователей, ключевой особенностью которых является возможность работы как на повышение, так и на понижение напряжения. применяются подобные преобразователи не так часто как повышающие или понижающие, но иногда бывают ситуации что без них никак. Пример применения - питание устройств которым надо 12 вольт в автомобиле, где напряжение в зависимости от ситуации может меняться от 10 до 15 вольт.

Основных вариантов здесь три.

Step-Up Step-Down.
Под таким названием продаются разные варианты, но правильным является тот, где на плате стоит два независимых преобразователя. При помощи первого входное напряжение повышается до некоего фиксированного, а затем при помощи второго понижается до требуемого.


Подобные преобразователи сложны, имеют низкий КПД, а так как имеют конструкцию "два в одном", то и цена не радует.
Но при этом у них есть преимущество, низкий уровень пульсаций на выходе.
Из-за перечисленных особенностей встречаются редко, например небольшая платка, с не очень хорошими характеристиками и весьма неплохой регулируемый преобразователь DPS5005, который отличается хорошими характеристиками и довольно высоким КПД.


SEPIC
Достаточно старая топология, но очень интересная так как из активных компонентов требуется только один ШИМ контроллер, один силовой транзистор и диод, отличительная черта - два одинаковых дросселя, хотя встречаются вариант с одним двухобмоточным.
Преимущества - простая схемотехника, не очень высокая цена, более высокий КПД чем у повышающе-понижающего, но и более высокий уровень пульсаций.
Как и предыдущий, может иметь возможность регулировки не только выходного напряжения, но и тока, а также функцию полного отключения выхода.


Выбор преобразователей подобного типа большой, потому сложности подобрать подходящий нет.
SEPIC на базе очень известной XL6019, вход 5-32 вольта, выход 1.25-35, ток нагрузки до 1.5А, простой и недорогой, имеет дополнительный фильтр для снижения пульсаций по выходу.
Более продвинутый DC-DC преобразователь ZK-SJVA-4X, здесь уже есть не только регулировка напряжения и тока, а и индикатор, диапазон входных напряжений 5.5-30 вольт, выход 0.5-30 при токе до 4 ампера.
Третий преобразователь хоть и не имеет регулировки выходного тока, но имеет защиту от перегрева и мощность до 80Вт, а также индикатор напряжения, что также может быть удобно.


Универсальный преобразователь.
Очень необычная топология преобразователя, отличающаяся высоким КПД, более надежной работой, возможностью не только регулировки напряжения и тока, а также и минимального входного напряжения. Имеет пожалуй только два недостатка, цена и малый выбор моделей так как строится в основном на базе контроллера LTC3780 производства фирмы Linear.

Данный преобразователь является гибридным и содержит один ШИМ контроллер, один дроссель, но два силовых узла с синхронным выпрямлением, которые работают в зависимости от соотношения входного и выходного напряжения.


Выбор моделей небольшой и отличия между ними минимальны, хотя существует сдвоенная версия состоящая из двух модулей на одной плате, но встречается крайне редко.
Преобразователь на базе LTC3780 работает от 5-30В обеспечивая на выходе напряжение 0.5-30В при токе до 8-10А и мощности до 80-130Вт.
Преобразователь отлично подходит для заряда аккумуляторов, построения источников бесперебойного питания со стабилизированным выходом и вообще питания требовательных нагрузок.



Преобразователи имеющие дополнительные особенности.
В некоторых случаях преобразователи могут иметь дополнительный функционал или какие-то особенности выделяющие их на фоне других, потому стоит их выделить в отдельную группу.

Преобразователи с USB выходом для заряда или питания различных планшетов, смартфонов и просто любых устройств получающих питание от USB.
Есть очень простые, особенность которых заключается только в низкой цене и возможности получить 5 вольт от одного LiIon аккумулятора.
Бывают многоканальные понижающие, как QSKJ QS-1205CBUM, но его особенность не в количестве каналов, а в наличии весьма современного ШИМ контроллера с синхронным выпрямлением и внешними силовыми транзисторами, что позволило получить выходной ток до 8А с высоким КПД. Кроме того у него есть защита от неправильной полярности питания и "обманки" на каждом порту для корректного определения различными моделями смартфонов.
Преобразователь MH-KC24 очень компактный, похож на первый, но также имеет свою "фишку", поддерживает работу с Quick Charge устройствами. Данный преобразователь также является понижающим, максимальное выходное напряжение 12 вольт.


Отдельно стоят в списке USB зарядных устройств преобразователи фирмы YZXStudio, кроме правильной схемотехники, качественных комплектующих и четкой работы они имеют поддержку большого количества протоколов быстрого заряда.
ZC822 - младшая модель, поддерживает QC/PD и выходную мощность до 27Вт
ZC823 - здесь уже не только QC/PD, а и возможность обеспечить 60 вольт при выходном напряжении 20 вольт.
ZC826P - очень редкий преобразователь, помимо функций быстрого заряда он является обратимым, если его вход подключен к аккумулятору, а к USB Type-C выходу подключить не нагрузку, а блок питания, то преобразователь начнет работать в обратную сторону и будет заряжать аккумулятор. Фактически имея такой преобразователь и аккумулятор можно самому сделать повербанк с мощным выходом и поддержкой большого количества протоколов. При этом преобразователь может выдавать от 5 до 20 вольт при питании от 12 вольт, соответственно является универсальным обратимым.

К сожалению на алиэкспресс их уже нет, есть похожий, причем не 60, а 120Вт - ссылка
Обзоры этих преобразователей, раз, два, три.
Также фирма YZXStudio предлагает для своих устройств кросс-платы, установив в которую показанные модули можно сделать многоканальное зарядное устройство "на свой вкус". Именно потому все модули имеют одинаковый размер и расположение разъемов.



В последнее время все больше распространение получает малый электротранспорт, это гироборды, электросамокаты, электровелосипеды, скутеры и возникает необходимость получить от его батареи низкое напряжение.
При этом в продаже есть много понижающих преобразователей собранных по топологии Step-Down, но низкая надежность и отсутствие гальванической развязки может печально закончится для подключаемых устройств, его банально может пробить накоротко, а на нагрузке вы получите полное напряжение батареи.
Именно для таких применений можно рекомендовать к применению фирменные модули производства Murata. Данные модули использовались для телекоммуникационного оборудования, но сейчас их можно встретить и просто в продаже, причем за небольшую цену. Ключевое - высокое качество изготовления, гальваническая развязка, из недостатков - фиксированное выходное напряжение, хотя и его при желании можно немного подстроить.
Из наиболее интересных - muRata HPH-12/30-D48NHL2-Y который при входном 36-75 вольт выдает на выход 12 вольт с током до 30 ампер или 360Вт.
Обзор этих преобразователей - ссылка



Также выпускаются преобразователи для тяжелых условий эксплуатации, например в автомобилях, катерах. Обычно такие преобразователи имеют герметичное исполнение, корпус в виде радиатора при большой выходной мощности, дополнительные цепи защиты.

Например большой ассортимент подобных преобразователей выпускает фирма RCNUN, даже просто перечисление вариантов займет половину статьи, рекомендую зайти в их магазин. Они бывают понижающие, повышающие, универсальные, регулируемые и с фиксированным напряжением, просто с проводами, с клемниками и USB разъемами.

В качестве примера можно назвать
RC120503 — вход 6-20 вольт, выход 5 вольт 3 ампера
RC8-40S1210 - вход 8-40 вольт, выход 12 вольт 10 ампер
RC12240540 — вход 8-36 вольт, выход 5 вольт 40 ампер


Как можно наблюдать, выбор топологий, моделей и вариантов исполнения преобразователей действительно огромен, а ведь показана лишь крошечная часть из того, что сейчас выпускается.
Теперь главная задача, подобрать то, что надо для определенного применения и надеюсь что данная статья в этом сможет помочь.

https://www.kirich.blog/stati/informaciya-dlya-nachinayuschih/1114-dc-dc-preobrazovatel-otlichiya-i-kak-vybrat-podhodyaschiy.html