Обзор модуля DPS5005-C

DPS5005-C - Программируемый DC-DC Step Down преобразователь. Новая модель пришедшая на смену DPS5005 функционально практически не изменилась, за исключением возможности подключения к ПК, 

Модуль куплен на Алиэкспресс в официальном магазине производителя RD official store. Цены на момент покупки были: 31$ за версию с USB и 34$ за версию с USB и Bluetooth модулями связи.
Мною был выбран модуль с максимальным выходным напряжением до 50В и током до 5А, также есть версия с максимальным выходным напряжением 30В и током до 5А (DPS3005-C) но разница в цене со старшей моделью всего 1$, 30$ и 33$ соответственно. 

Основные характеристики DPS5005-C:

• Производитель - Hangzhou Ruideng Technologies Co., Ltd;
• Дисплей - ЖК, 1.44 дюймов, 128x128 pixels;
• Выходное разрешение по напряжению - 0.01В;
• Выходное разрешение по току - 0.001А;
• Точность по напряжению - ± (0.5% + 1d);
• Точность по току - ± (0.5% + 2d);
• Входное напряжение - 6 - 55В;
• Выходное напряжение - 0 - 50В;
• Выходной ток - 0 - 5А;
• Выходная мощность - 0 - 250Вт;
• Размер - 79*43*48 мм;
• Размер посадочного места - 71*39 мм;
• Возможность зарядки АКБ;
• Вес - 113г.

Пришла посылка за 14 дней, упаковано в пенопластовую коробку, все дошло в целости и сохранности.

В комплекте:

• DC-DC модуль DPS5005-C;
• USB-UART конвертер;
• Соединительный кабель;
• Инструкция на Китайском и Английском.

Фото DPS5005-C:

USB-UART конвертер построен на весьма известной микросхеме CH340G, в модуле реализовано гальваническую развязку на транзисторных оптопарах EL357N.

Размеры посадочного места для установки в корпус:
Ширина - 71.4 мм

Высота - 39.05 мм

Внутренности:
Весь модуль состоит из 3х плат соединенных между собой 8-пиновыми коннекторами:

Видимо конструкция не предусматривает разборки, так как 8-пиновые коннекторы припаяны:


К счастью в интернете нашлась фотография платы модуля, которая прикрыта дисплеем:

Данное фото от предыдущей версии модуля, и я не могу гарантировать, что компоненты на новой плате такие же, но визуально все похоже.

Внизу платы, в цепи измерения напряжения и тока, мы видим высокоточные резисторы с низким температурным дрейфом.

На просвет видно микросхему в корпусе LQFP48, предполагаю что это та же STM32.

Входные ёмкости:

Для питания всей логики модуля, применен DC-DC ШИМ конвертер XL7005A, максимальное входное напряжение 65В, несмотря на заявленные характеристики входного напряжения до 55В, производитель предусмотрел запас, в виде входных ёмкостей до 63В и конвертер до 65В, таким образом теоретически модуль можно питать от блока питания вплоть до 59В, "Сильное заявление, проверять я его конечно не буду".

Возле радиатора разместилась микросхема HY1106, по информации из Китайских сайтов, это N-канальных MOSFET на 60В, 11А.

На охлаждающем радиаторе разместился P-канальный MOSFET 2SJ652 60В, 28А.
Так же на радиаторе разместилась сборка из двух диодов Шоттки MBR20100CT.

В качестве выходной ёмкости, применен твердотельный конденсатор на 50В 220 мкф.

Для подключения входных и выходных проводов, применяется съемная клеммная колодка под винт, что позволяет спокойно подключить провода, не повредив сам модуль:

Для подключения модуля связи, используется 4-контактный разъем:

Отдельно хочу обратить внимание на качество дисплея. Несмотря на скромные размеры, дисплей имеет максимальные углы обзора, под любым углом вся информация отлично читается и изображение не инвертируется.

Модуль DPS5005 имеет 10 ячеек памяти в которых можно сохранить предустановки всех параметров, таким образом всего несколькими нажатиями можно менять абсолютно все параметры.
Так же ячейки памяти M1 и M2 доступны для быстрого вызова, с помощью длинного удержания кнопки V/↑ и А/↓ соответственно.
Дисплей отображает не только выходной ток и напряжение, но так же отображает выходную мощность, это очень удобно.

Описание интерфейса:

• (1) Кнопка быстрой установки выходного напряжения/Кнопка навигации по дополнительном меню/Ярлык быстрого вызова ячейки памяти M1(Удержание 3 сек.);
• (2) Кнопка вызова дополнительного меню/Сохранение выставленных параметров;
• (3) Кнопка быстрой установки выходного тока/Кнопка навигации по дополнительном меню/Ярлык быстрого вызова ячейки памяти M2(Удержание 3 сек.);
• (4) 1.44 дюймов ЖК-дисплей;
• (5) Энкодер для установки параметров/Кнопка переключения изменяемых разрядов/Блокировка всех кнопок(Удержание 3 сек.);
• (6) Включение/Выключение выхода.

• (7) Заданное значение выходного напряжения;
• (8) Текущее значение выходного напряжения;
• (9) Текущее значение выходного тока;
• (10) Текущее значение выходной мощности;
• (11) Текущее значение входного напряжения;
• (12) Заданное значение выходного тока;
• (13) Напоминание состояния блокировки управления;
• (14) Напоминание состояния выхода (норма или защиты по току/напряжению/мощности);
• (15) Напоминание в каком состоянии находится блок (стабилизация тока или стабилизация напряжения);
• (16) Напоминание текущей ячейки памяти;
• (17) Напоминание состояния выхода (Включено или Выключено);
• (18) Предустановленное выходное напряжение;
• (19) Предустановленный выходной ток;
• (20) Защита от повышенного выходного напряжения;
• (21) Защита от перегрузки по выходному току;
• (22) Защита от перегрузки по мощности;
• (23) Установка яркости дисплея;
• (24) Выбор быстрой ячейки памяти;
• (25) Текущее значение выходного тока и напряжения.

Тесты:

В режиме когда выход выключен, на выходе присутствует постоянная составляющая 0.0096 В.
Это значение не зависит от установленного выходного напряжения, либо от входного напряжения, предполагаю что это напряжение смещения управляющего операционного усилителя.
Такое напряжение не страшно, его не хватит даже для открытия p-n-перехода, но нужно помнить, что на выходе нету настоящего 0, это может быть важно в некоторых ситуациях.

В том же режиме при коротком замыкании, модуль выдает ток в 0.003 А.

Производитель гарантирует возможность зарядки АКБ, иначе говоря обратный ток не повредит модуль, в режиме выключенного выхода, при подключении АКБ на дисплее отображается текущее напряжение АКБ, но нужно помнить, что модуль не имеет защиты от переполюсовки, нужно быть предельно внимательным при подключении АКБ и не перепутать полярность, дабы не повредить модуль питания.

Выходное напряжение:
Модуль отлично откалиброван, установленный уровень напряжения полностью соответствует выходному, измерение выходного напряжения так же соответствуют заявленным характеристикам, погрешность измерений (± 1d).

Выходной ток:

При установленном выходном токе в 0А на выходе по прежнему 0.003А.

Смещение в 3мА присутствует вплоть до 4А.

Ток действительно можно регулировать с разрешением 0.001А, уменьшив выходной ток на 0.003А таким образом компенсировать смещение:

В целом выходной и измеряемый ток полностью соответствует заявленным характеристикам ± 0.5% +2d.

КПД:
Тест 1
Входное напряжение 10В ток 1.09А (входная мощность 10.9Вт)
Выходная мощность 10Вт, таким образом 10/10.9=0.917.
КПД почти 92%

Тест 2

Входное напряжение 31В ток 3.3А (входная мощность 102.3Вт)
Выходная мощность 100Вт, таким образом 100/102.3=0.977.
КПД почти 98%
Даже с учетом погрешностей измерений результат отличный!

Производитель позиционирует свой продукт как модуль для создания "Лабораторного блока питания",  поэтому кроме проверки выходного напряжения и тока, нужно проверить прочие "Незаявленные" характеристики, такие как:

• Выходные пульсации; 
• Различные переходные процессы(при включении, при выключении, при включении выхода и тд.);
• Скорость срабатывания стабилизации тока;
• Превышение тока при КЗ;
• Скорость срабатывания защиты по току;
• Скорость срабатывания защиты по напряжению.
• Устойчивость к быстро изменяемой нагрузке.

Проверка выходных пульсаций, на щуп была надета пружинка для минимизации наводок.

Чтобы проверить собственные пульсации модуля DPS5005-C, для первых тестов я решил запитать его от АКБ.

Измерение выходных пульсаций:

• Питание - АКБ;
• Выход без нагрузки;
• Пульсации - 0.5мВ.

• Питание - АКБ;
• Нагрузка 12.5Вт;
• Частота преобразователя 65кГц;
• Пульсации - 9.5мВ.

• Питание - АКБ;
• Нагрузка 25Вт;
• Частота преобразователя 65кГц;
• Пульсации - 9.7мВ.

Так как большинство пользователей будут использовать данный модуль в связке с импульсным БП, дальнейшие тесты будут проводится именно с ним.

• Питание - Импульсный БП;
• Выход без нагрузки;
• Пульсации - 2.8мВ.

Как видно шум от импульсного БП спокойно проходит и картина кардинально меняется.

• Питание - Импульсный БП;
• Нагрузка 12.5Вт;
• Частота преобразователя 65кГц;
• Пульсации - 30мВ.

• Питание - Импульсный БП;
• Нагрузка 25Вт;
• Частота преобразователя 65кГц;
• Пульсации - 32.6мВ.

Как видно на той же нагрузке, разница при питании от АКБ или от Импульсного БП более чем в 3 раза.

• Питание - Импульсный БП;
• Нагрузка 100Вт;
• Частота преобразователя 65кГц;
• Пульсации - 41.4мВ.

Несмотря на ухудшение результатов при питании от импульсного БП, пульсации 41мВ на нагрузке в 100Вт можно считать неплохим результатом.

Переходные процессы:

Вовремя включения питания, на выходе модуля не возникает посторонних выбросов.

Выходное напряжение 30В, включение выхода с помощью кнопки ON/OFF, нагрузка отсутствует.
Набор установленного напряжения плавный, без посторонних выбросов и перенапряжения.

Выходное напряжение 21В, включение выхода с помощью кнопки ON/OFF, нагрузка 80Вт.

Выходное напряжение 21В, выключение выхода с помощью кнопки ON/OFF, нагрузка 80Вт.

Для тестирования режима стабилизации тока, был собран небольшой стенд, во избежания дребезга контактов, замыкание производилось через N-канальный MOSFET, управляющий сигнал подается из генератора сигналов.
В качестве шунта используется один из нагрузочных резисторов на 4Ом, поэтому экранные измерения осциллографа можно не принимать во внимание.

Режим стабилизации тока, включение выхода с помощью кнопки ON/OFF.

Как видно ток плавно возрастает и стабилизируется на заданном уровне.

Режим стабилизации тока, выход включен, выходное напряжение 30В, ограничение тока 1А.
Вовремя короткого замыкания, кратковременно ток подскакивает почти до 5А, плавно падает за 4 мс после чего идет небольшое перерегулирование и стабилизация на заданном уровне. 

Интересный нюанс, если увеличить восходящий фронт, вовремя КЗ кратковременно выходной ток падает до 0, потом возвращается до прежнего уровня и плавно снижается до заданного порога, дребезг контактов исключен, так как замыкание производилось через N-канальный MOSFET, по всей видимости идет попадание в такт ШИМ модуляции, из-за чего выходная ёмкость успевает разрядится.

Режим стабилизации тока, выход включен, выходное напряжение 30В, ограничение тока 5А.
Пик тока кратковременно достигает уровня около 7А, после чего снижается до 3.5А и стабилизируется на заданном уровне.

Переход от режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока.
Выход включен, выходной ток 3.5А, КЗ вызывает ограничение тока на уровне 5А.

Как и в предыдущем случае пик тока достигает уровня около 7А после чего плавно спускается до заданного уровня.

Переход от режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока и обратно.
Выход включен, выходной ток 3.5А, КЗ вызывает ограничение тока на уровне 5А, спустя 45 мс КЗ пропадет и блок возвращается в режим стабилизации напряжения.

Переход от режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока и обратно с частотой 9Гц.

Режим (OCP - Overcurrent Protection) защита по току, в случае превышения заданного уровня тока, выход полностью отключается.
Переход от режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока с последующим защитным отключением.
Выход включен, выходной ток 3.5А, КЗ вызывает бросок тока до 7А и последующее ограничение тока на уровне 5А, и спустя 350 мс сработала защита по току и отключила выход.
Защита по току работает с довольно большой задержкой, но все равно это быстрее чем реагирует человек на дым из микросхемы.

Режим (OCP - Overcurrent Protection) защита по току, включение выхода с помощью кнопки ON/OFF.
Как видно после включения, ток плавно стабилизировался на заданном уровне, и спустя 450 мс сработала защита по току и отключила выход.

После срабатывания защиты на дисплее отображается состояние, в данном случае (OCP), которое позволяет понять, что именно вызвало защитное отключение.

Режим (OVP - Overcurrent Protection) защита от перенапряжения. включение выхода с помощью кнопки ON/OFF.
Установленное значение выходного напряжения 30В, защита от перенапряжения 9В.

Как видно после включения, напряжение плавно стабилизировался на уровне ограничения(хотя выставлено 30В), и спустя 450 мс сработала защита и отключила выход.

Подключение к ПК:

Для подключения к ПК используется комплектный USB-UART конвертер.

Интерфейс программы:

Для установления соединения, нужно выбрать правильный COM-порт и нажать кнопку Connect, после удачного установления связи, программа заблокирует управление кнопками, все управление осуществляется через программу.

На главном меню а именно Basic function, мы видим две виртуальные ручки для регулировки выходного тока и напряжения, регулировать можно как крутя ручку, так и вводя значение в нижнем окне.

В правом нижнем углу разместилась кнопка Включения/Выключения выхода, а так же индикаторы режима работы блока.
В правом верхнем углу мы видим параметры которые дублируют показания на дисплее, а именно: текущее входное напряжение, выходное напряжение, выходной ток и выходная мощность.
 

Графики отображают текущее значение напряжения и тока во времени.

Вкладка Advanced function дает дополнительные возможности для автоматизации.
Пункт (Data group operation) позволяет считывать данные из 10 ячеек памяти, редактировать параметры и записывать их обратно в память.

Функция Auto test позволяет автоматически изменять выходное напряжение и ток с заданным интервалом, к сожалению доступно всего 10 шагов после чего выход выключается.

Функция Voltage scan позволяет автоматически изменять выходное напряжение с заданным шагом и задержкой, при достижении заданного тока выход выключается.
Данная функция может быть полезна для определения необходимого напряжения светодиодов, если известен максимальный ток.

Функция Current позволяет автоматически изменять выходное напряжение с заданным шагом и задержкой.

Важно! Так как после подключения программы к ПК блокируется физическое управление модулем, перед закрытием программы, обязательно необходимо нажать кнопку Disconnect, иначе модуль будет оставаться в заблокированном состоянии, которое нельзя снять без перезагрузки модуля либо повторного подключения-отключения программы.

Немного информации от производителя:
Так как модуль покупался в официальном магазине производителя, я задал несколько вопросов:

1. Можно ли вручную откалибровать устройство?
2. У меня версия DPS5005-C, возможно, в будущем появится возможность обновить прошивку устройства через ПК?
3. Планируете ли вы выпускать версии с большим размером экрана?

Ответы:

1. НЕТ, почему вы хотите откалибровать? Что случилось, не точность?;
2. Пока такой возможности нет, но эта версия может быть;
3. Да, мы проектируем, но точное время выпуска не решено.

Так же производитель не рекомендует, для питания модуля использовать дешевые Китайские AC-DC блоки питания, коих полно на Алиекспресс, видимо были прецеденты когда такие блоки питания повреждали сами модули.

Для тех кому мало выходного тока 5А, недавно производитель выпустил новые версии DPS5015-C и DPS5020-C на 15 и 20А соответственно.

Мой отзыв:

Модуль DPS5005-C безусловно отличный продукт, который удачно впишется в лабораторию любого радиолюбителя, подобный функционал доступен только в ЛБП ценового диапазона 200$+.
Минусы:

• Броски тока при срабатывании стабилизации тока (Большая выходная емкость, хотя в дешевых китайских ЛБП выходная емкость еще больше);
• Довольно большая задержка срабатывания защит по току/напряжению/мощности;
• Нет возможности, откалибровать измерение тока и напряжения.

Плюсы:

• Отличное качество дисплея (Углы обзора);
• Качественные компоненты;
• Высокий КПД вплоть до 98%
• Низкие пульсации;
• Высокая точность установки выходных параметров;
• Высокая точность измерения  выходных параметров;
• Возможность подключения к ПК;
• Возможность зарядки АКБ;
• Функционал;
• Ячейки памяти;
• Быстрый вызов предустановленных параметров.

 В целом минусы можно назвать особенностями, к которым можно привыкнуть, например помнить что для проверки тех же светодиодов, подключать светодиод нужно с выключенным выходом, после установить ограничение тока и включить выход, в таком случае ток никогда не превысит заданное значение.

Теги:

• Блок питания
• DC/DC преобразователь
• LCD