XY-SK80H – Buck Boost regolabile DC-DC

Il modulo alimentatore tipo XY-SK80H è un modulo di tipo Buck-Boost DC-DC automatico regolabile. Può convertire l’alimentazione da 6 V-36 V CC a 0,6 V-36 V CC 80 W 5A, con un’uscita stabile. Può essere utilizzato come normale modulo di alimentazione buck, caricabatterie solare/batteria o azionamento a corrente costante LED e così via.

Descrizione

Il modulo di alimentazione XY-SK80H è di tipo buck-boost,  ovvero un convertitore riduttore-elevatore che è una tipologia di convertitore DC-DC, che presenta un’uscita continua di valore maggiore o minore del valore della tensione in ingresso.
Il modulo descritto è automatico, a tensione costante regolabile in CC, dotato di un display LCD.
Sul display è possibile visualizzare la tensione di ingresso e la tensione di uscita, la corrente, la potenza, lo stato del display, la capacità, l’energia e il tempo.

Tensione e corrente di uscita stabili e regolabili. La tensione e/o la corrente di uscita possono essere impostate in base alle esigenze. Può essere utilizzato come un normale modulo di alimentazione buck/boost, caricabatterie e driver LED a corrente costante.

Caratteristiche

Misure

Ventilazione

Il modulo alimentatore XY-SK80H è dotato di un’aletta di raffreddamento su cui è montata una ventola le cui dimensioni sono 30x30x10 mm. Questa è dotata di un controllo intelligente della temperatura, con avvio e arresto automatici.
Quando la temperatura è superiore a 50 °C o la corrente è superiore a 1A, la ventola si avvierà automaticamente

Possibile modifica

La ventola  è fissata sull’aletta in alluminio che è a contatto dei  thermal pad realizzati in silicone conduttivo.
Possono essere trovato in fogli di 10×10 cm che deve essere tagliato della misura necessaria.

Prima di posizionare il thermal pad, si consiglia di pulire le parti con un bastoncino di ovatta e dell’alcol per rimuovere tracce di grasso.
Sui due lati è presente una pellicola che deve essere rimossa per premetter al dato adesivo di aderire sia al componete che all’aletta.

Caratteristiche dei cavi di collegamento

Per il collegamento è consigliabile utilizzare cavi tipo 16 AWG o equivalenti  sostanzialmente con una sezione di 1,5 mm quadrati.

Video di presentazione della parte elettronica e delle funzioni

I due video sotto riportati sono stati realizzati dallo Youtuber Fritz Valentin e presenti sul canale YouTube FVEBlog, che vi consiglio di visitare.
Il primo è relativo alla presentazione della parte elettronica e delle funzioni del convertitore buck-boost XY-SK80H. Nel secondo il modulo alimentatore viene testato e  misurato per valutare le sue caratteristiche.

Parametri

Sotto la tabelle che riporta i parametri del modulo alimentatore XY-SK80H.

Dove acquistare l’alimentatore

Il modulo alimentatore XY-SK80H può essere acquistato presso il sito ICStation.com.  Il suo codice è GY21167-1.
E’ anche disponibile la versione del modulo XY-SK35H. Con una tensione d’ingresso compresa nel range 5÷30V e quello d’uscita 6÷30V, corrente da 0 a 4 A. In questo caso il suo codice è GY20918-1

Funzione del potenziometro e tasti del pannello

Sotto sono riportate le funzioni del potenziometro e dei tasti presenti sul pannello del modulo alimentatore XY-SK80H. Altre informazioni possono essere trovate sul manuale  in lingua inglese.

Funzioni del potenziometro

Stato di visualizzazione normale

• Pressione breve (clic): commuta potenza di uscita del display, capacità di uscita, energia di uscita, tempo di uscita sulla terza riga.
• Pressione lunga (tenere premuto): funzione di blocco parametri ON/OFF. C’è un simbolo di blocco a sinistra sulla prima riga. Se si attiva la funzione di blocco parametri. Il valore del parametro non può essere modificato in questo stato. Può essere utilizzato per proteggere i parametri da modifiche accidentali.
• Rotazione: modifica il valore di tensione costante di uscita o il valore di corrente costante o nessuna funzione. Nota: i parametri possono essere commutati tramite il pulsante “V/A”.

Impostazione tensione/corrente

C’è un simbolo “SET” e “CV” o “CC” a sinistra sulla terza riga se si accede allo stato di impostazione tensione/corrente ruotando il potenziometro.

• Pressione breve: commuta il bit del parametro modificato.
• Pressione lunga: non disponibile.
• Rotazione: modifica il valore della tensione di uscita o il valore della corrente costante o nessuna funzione.

Stato del set di parametri

• Pressione breve: commuta il bit del parametro modificato.
• Pressione lunga: non disponibile.
• Rotazione: modifica il valore del parametro.

Funzione del pulsante V/A

Visualizzazione normale:

• Pressione breve: immette lo stato della tensione o della corrente del parametro modificato.
• Pressione lunga: non disponibile.

Stato del set di tensione/corrente:

• Pressione breve: commuta la tensione o la corrente del parametro modificato o salva/esci.
• Pressione lunga: salva il valore della tensione o della corrente ed esci.

Stato del set di parametri:

• Pressione breve: non disponibile.
• Pressione lunga: non disponibile.

Funzione pulsante SW

Visualizzazione normale

Pressione breve: commuta la tensione di ingresso o di uscita del display sulla prima riga. Nota: c’è un simbolo “IN” sulla sinistra quando si visualizza la tensione di ingresso.
Pressione lunga: accede all’interfaccia del set di parametri.

Stato di impostazione tensione/corrente

• Pressione breve: commuta il bit del parametro modificato.
• Pressione lunga: non disponibile.

Stato del set di parametri

• Pressione breve: commuta il parametro modificato.
  Pressione lunga: salva il valore del parametro ed esci dallo stato del set di parametri.

Funzione pulsante ON/OFF

Visualizzazione normale

• Pressione breve: attiva o disattiva la tensione di uscita.
• Pressione lunga: cancella il valore statistico nell’interfaccia di visualizzazione Potenza/Capacità/Energia/Tempo.

Impostazione tensione/corrente

• Pressione breve: attiva o disattiva la tensione di uscita.
• Pressione lunga: non disponibile.

Impostazione parametri

• Pressione breve: attiva/disattiva la funzione OAH/OPH/OHP. Nota: ‘ ’ significa disattiva
  questa funzione.
• Pressione lunga: cambia la posizione del punto decimale per cambiare l’unità di misura del parametro per OAH/OPH. L’intervallo OAH è 9,999 Ah/99,99 Ah/999,9 Ah/9999 Ah. L’intervallo OPH è 9,999 Wh/99,99 Wh/999,9 Wh/9999 Wh.

Meccanismi di protezione

Il modulo alimentatore XY-SK80H possiede vari meccanismi di protezione. Al raggiungimento di una certa soglia, sul display sarà mostrata una scritta lampeggiante e sarà attivata la protezione.
I valori di soglia sono modificabili , a parte quello di sovratemperatura che è fisso a 100 °C.

• Protezione all’inversione di polarità sui terminale di ingresso.
• Protezione da cortocircuito sul terminale di uscita.
• OVP (over voltage protection) Protezione da sovratensione: Il valore di protezione predefinito è 31 V. Ma è possibile modificare i valori. Lo schermo visualizzerà OVP e lampeggerà dopo l’avvio della protezione da sovratensione.
• OCP (over current protection) Protezione da sovracorrente: il valore di protezione predefinito è 4,10 A. Ma l’utente può modificare i valori come richiesto. Lo schermo visualizzerà OCP e lampeggerà dopo l’avvio della protezione da sovracorrente.
• OPP (over power protection) Protezione da sovracorrente: il valore di protezione predefinito è 35 W. L’utente può modificare il valore. Lo schermo visualizzerà OPP e lampeggerà dopo l’avvio della protezione da sovracorrente.
• OTP (over temperature protection) Protezione da sovratemperatura OTP: il valore di protezione predefinito è 100 ℃. Non può essere modificato! Lo schermo visualizzerà OTP e lampeggerà dopo l’avvio della protezione da sovratemperatura.
• LVP (under voltage protection) Protezione da sotto tensione:  il valore di protezione predefinito è 4,7 V. Valore modificabile. Lo schermo visualizzerà LVP e lampeggerà dopo l’avvio della protezione da sotto tensione. Nel test di scarica della batteria, l’impostazione dell’LVP appropriato può impedire efficacemente che la batteria venga scaricata eccessivamente, in modo da non danneggiarla.

Principali componenti del modulo

PCB Display Anteriore

1. HT1621B – Driver Controller LCD per I/O MCU (Datasheet)
2. MS51FB9AE – Microcontrollore NUVOTON  (Datasheet)
3. M5433B – Regolatore di tensione (Datasheet)
4. S8050 (J3Y) – Transistore NPN (Datasheet)

PCB Alimentatore

Lato superiore

1. MBR10100G – Diodo SCHOTTKY 100V 10A (Datasheet)
2. NCE8296AD – Transistor di potenza MOSFET Canale N VdsI82V Io=95A (Datasheet)
3. LM358 – Amplificatore Operazionale (Datasheet)
4. S8050 (J3Y) – Transistor NPN (Datasheet)
5. S8550 (2TY) – Transistor PNP (Datasheet)
6. M7 – Diodo raddrizzatore (Datasheet)
7. SMBJ5-0A (AG)- Soppressore di tensione transitoria (Datasheet)
8. FP5139BWR-LF (FP5139) – Controller buster asincrono (Datasheet)

Lato inferiore

1. R025 – Resistore Shunt 25 mΩ 
2. 50N06 – Transistor MOSFER canale N (Datasheet)
3. D882 – Transistor NPN (Datasheet)
4. SS34 – Diodo SCHOTTKY (Datasheet)
5. XL1509-5-0E1 – Convertitore DC/DC buck (step-down) PWM a frequenza fissa da 150 KHz (Datasheet)

Esempi di utilizzo dell’alimentatore

Seguono alcuni esempi di utilizzo del modulo alimentatore XY-SK80H.

Come un normale modulo di potenza step up/down

1.  Collegare la tensione di ingresso corretta al terminale di ingresso;
2. Ruotare il potenziometro per impostare la tensione di uscita in base alle esigenze. Simbolo CV del display LCD;
3. Tenere premuto il potenziometro per 1 secondo per regolare il valore della corrente costante in uscita. Quindi ruotare il potenziometro per impostare il valore. Display LCD con simbolo CC e SET;
4. Test e utilizzo (ad esempio: la corrente di uscita massima del modulo è 2A se il display visualizza 2A sul multimetro. Il display LCD visualizzerà il simbolo CC se l’uscita raggiunge 2A. Altrimenti visualizzerà CV
5. La tensione di uscita diminuirà a causa della resistenza di campionamento della corrente in uscita. Maggiore è la corrente, più la tensione verrà ridotta.

 Come caricabatterie

Il modulo di alimentazione non può essere utilizzato come modulo caricabatterie se non supporta la funzione di corrente costante. La differenza di tensione tra la batteria con tensione insufficiente e il caricabatterie è molto grande. Provoca una corrente di carica eccessiva che può persino danneggiare la batteria. Quindi è necessario continuare a caricare in modalità corrente costante fino a raggiungere un certo livello e poi tornare automaticamente alla carica a tensione costante.

1. Assicurarsi che la tensione di carica flottante e la corrente di carica per la batteria. Se il parametro della batteria al litio è 3,7 V/2200 mAh, la tensione di carica flottante è 4,2 V e la corrente di carica massima è 1C, ovvero 2200 mA.
2.  Collegare la tensione di ingresso corretta al terminale di ingresso. (Nota: non collegare il carico durante l’impostazione del parametro).
3. Ruotare il potenziometro per impostare la tensione di uscita in base alle esigenze. Simbolo CV sul display LCD.
4. Tenere premuto il potenziometro per 1 secondo per regolare il valore della corrente costante di uscita. Quindi ruotare il potenziometro per impostare il valore. Simbolo CC e SET sul display LCD.
5. Collegare la batteria al terminale di uscita e iniziare la carica.

Come driver a corrente costante LED ad alta potenza

1. Verificare la corrente di lavoro del LED e la tensione di lavoro massima.
2. Collegare la tensione di ingresso corretta al terminale di ingresso. (Nota: non collegare il carico durante l’impostazione del parametro).
3. Ruotare il potenziometro per impostare la tensione di uscita in base alle esigenze. Simbolo CV sul display LCD.
4. Tenere premuto il potenziometro per 1 secondo per regolare il valore della corrente costante di uscita. Quindi ruotare il potenziometro per impostare il valore. Simbolo CC e SET sul display LCD.
5. Collegare il LED e testare.

Case per modulo XY-SK80H realizzabile con stampante 3D

In rete sono si possono trovare dei case per realizzare degli alimentatori che utilizzano il modulo XY-SK80H
I realizzatori hanno reso disponibile i file per costruire dei case tramite una stampante 3D.
Sotto alcuni esempi.

Progetto futuro

Con  il modulo XY-SK80H è il progetto di un alimentatore.

Il modulo sarà alimentato tramite un alimentatore switching 12V  3A – 36W , tipo ADL-40-12.
Contenitore in metallo, è caratterizzato da dimensioni compatte  85x58x37mm, peso 90g.

Come contenitore si utilizzerà un contenitore in ABS nero (RAL 9004) con superfici opache e pannelli di chiusura, in alluminio, di spessore 1 mm, tipo TEKO CAB022 129x134x61.