Convertidor DC-DC, como a veces ocurre.

Hoy no solo escribiré sobre el producto que he probado, sino también sobre lo que pasa a veces cuando planeas una cosa y, por algún motivo, acaba saliendo algo completamente distinto.
En fin, si te interesa, sigue leyendo.

Hace poco, mi colega ksiman publicó una reseña de la «mitad» de este convertidor: la misma plaquita, pero sin el módulo de indicación. Por eso, en cierto modo, ambas reseñas se complementan.
En los comentarios mencioné que también tenía pensado reseñar esta placa. En aquella reseña se contaba que todo acabó no muy bien (o, mejor dicho, muy mal). A mí tampoco me fue todo sobre ruedas, aunque el desenlace fue mejor. Pero eso lo contaré un poco más adelante; por ahora, paso a reseñar mi versión de este convertidor DC-DC.

En fin, vi este pequeño convertidor DC-DC y quise comprobar qué tal era. Pedí una unidad para reseñarla y, al cabo de un tiempo, la recibí, pero no encontraba el momento de ponerme a examinarla, así que la dejé aparcada por un tiempo.

Al cabo de un tiempo, por fin me puse manos a la obra: hice unas cuantas fotos, la toqué y la examiné.
Llegó en una pequeña bolsa sellada.


Es bastante pequeño, más pequeño que una caja de cerillas.
El fabricante indica las siguientes características:
Tensión de entrada: 5V-30V
Tensión de salida: 0.8V-29V
Corriente de salida: máximo 5A (se necesita un disipador con corrientes superiores a 3A)
Rendimiento de conversión: 95% (máximo)
Frecuencia de conmutación: 300KHz
Rizado de salida: 50mV (máximo)
Temperatura de funcionamiento: -40℃ to +85℃
Tamaño: 51 x 26.3 x 114


En los laterales están los conectores para la fuente de alimentación y la carga.
El montaje es cuidadoso; no tengo nada malo que decir al respecto.


En la parte superior hay dos resistencias ajustables: una regula la corriente y la otra, la tensión.
La corriente se regula en un rango de 0.06-5.5 A.
La tensión, en un rango de 0.82-30 V.
Junto a las resistencias ajustables también hay un LED rojo que indica el paso al modo de regulación de corriente.


Se podría decir que la cara posterior de la placa está «desnuda»; solo hay una resistencia shunt de 50mΩ.
Por cierto, cabe señalar que en dispositivos de este tipo, donde el calor del circuito integrado se disipa a través de la placa, lo habitual es hacer muchas vías metalizadas entre las dos caras para mejorar la transferencia térmica. Por desgracia, aquí no las han puesto. Por eso, instalar un disipador en la cara posterior no resulta eficaz.


Como he dicho antes, el convertidor consta de dos placas. El convertidor DC-DC no se diferencia en nada del que aparece en la reseña que mencioné antes. La diferencia entre estas dos versiones es que a la mía le añadieron una placa de indicación.
Además, se conecta mediante separadores de montaje.
Los dos de la izquierda son la entrada de la placa del convertidor y los de la derecha, la salida.
Esta conexión permite controlar la tensión de salida y medir la corriente que circula.
El diseño resulta bastante práctico y sencillo.


El convertidor está montado con un controlador PWM XL4005E1. Es un controlador PWM diseñado para una corriente de salida de 5 A y una tensión de entrada de hasta 32 V.
A juzgar por la hoja de datos, es un circuito integrado bastante bueno, pero la experiencia ha demostrado que es bastante «delicado».
También cabe mencionar el diodo SK86: según la hoja de datos, admite una corriente máxima de 8 A. Sinceramente, no entiendo cómo puede disipar la potencia que se genera en él con esa corriente.
En cualquier caso, el fabricante ha puesto un diodo bastante potente; a menudo montan algo peor.


En esta foto se ve la parte encargada de ajustar el límite de corriente y de indicar el final de la carga (a la derecha se ven dos LED pequeños).



En la parte superior hay dos indicadores.
El superior, de color azul, muestra la tensión de salida: hasta 10 V la muestra en formato 1.23; por encima de 10 V, en formato 23.4. El último dígito muestra el símbolo — V
El indicador inferior, de color rojo, muestra la corriente de salida en formato 1.23; el último dígito muestra el símbolo — A.
A la izquierda hay un conector RX-TX. Esa fue una de las razones por las que pedí esta placa: quería probar a conectarla al ordenador, pero, por desgracia, no hubo manera :(
No tengo ni idea de para qué sirve el conector de la derecha.


La placa está montada, digamos, de forma bastante mediocre: parece estar bien, pero se aprecia claramente cierta falta de cuidado.


La placa lleva:
Microcontrolador 8s003f3p6
Registro de desplazamiento 74hc164 para controlar el indicador
Amplificador operacional, probablemente sgm8592y
Regulador de tensión 7130H


Y ahora, un pequeño detalle. Esta es la segunda placa; la primera murió con las botas puestas durante las pruebas y la preparación del análisis. No puedo decir con certeza por qué murió, pero ocurrió así: tensión de entrada de unos 28-29 V, una resistencia de 10 Ω conectada a la salida; aumento poco a poco la tensión en la resistencia con el potenciómetro de ajuste de la placa, luego se oye un pequeño chasquido y aparece la tensión de entrada en la salida: el transistor de potencia se ha perforado.
Puede que fuera un defecto de fábrica, quizá alguna oscilación u otra cosa, pero no recomendaría subir demasiado la tensión de entrada, aunque la hoja de datos indique 32 V y un máximo de 35 V.
Es mejor limitarla a 25-27 V.
Después pedí una segunda placa, porque ya había avanzado bastante con la preparación del análisis.

Al encenderla por primera vez, la placa está ajustada a una tensión de salida de unos 5 V. La corriente es de aproximadamente 1 A.
En la foto, la placa está conectada a una fuente de alimentación de 24 V de mi reciente análisis.
Si se gira el potenciómetro de ajuste de tensión hasta el máximo, la tensión de salida en vacío es igual a la de entrada.


No hay mucho más que contar sobre la placa, así que pasaré a las pruebas.
En las pruebas participarían:
La placa analizada.
Una fuente de alimentación de 24 V.
Un termómetro sin contacto
Osciloscopio
Carga electrónica
Un bolígrafo y un papel :)


El método de prueba fue el siguiente:
Se midieron el calentamiento y las oscilaciones de la tensión de salida con los siguientes valores de tensión: 5-10-15-20 V. Para cada tensión se fijaron corrientes de carga de 1-2-3 A.
Primero se midieron las características a 5 V, con corrientes de 1-2-3 A, en intervalos de 10 minutos. Después, se dejó enfriar la placa hasta alcanzar la temperatura ambiente y se repitió el ciclo con la siguiente tensión. En total, se hicieron 12 mediciones.
La indicación dinámica complicaba las cosas: tuve que hacer un montón de fotos para elegir después una en la que se viera el mayor número posible de dígitos del indicador. En general, la frecuencia de refresco de los dígitos es bastante baja; el parpadeo se nota un poco.
Primera comprobación en vacío: prácticamente no hay oscilaciones.
El atenuador de la sonda del osciloscopio está en la posición 1:1.





Todo el ciclo de pruebas duró unas 3.5 horas.
Temperaturas obtenidas:
Se controló la temperatura del controlador PWM, el diodo, el inductor y el condensador de salida.
Al hacer las pruebas, decidí probarlo a 3 A, como indicaba la página de la tienda. Pensé: si lo quemo, lo quemo; tendré un par de estos por ahí. Pero el experimento demostró que el convertidor aguantó y el chip no entró en protección. La temperatura máxima alcanzada por el controlador PWM fue de 110.2 grados.



Y ahora, el resumen:
Ventajas.
Fabricación cuidada; no es excelente, pero sí bastante buena.
El convertidor superó la prueba con corrientes de hasta 3 A, aunque alcanzó temperaturas elevadas.
La precisión de medición de corriente y tensión es bastante buena y no dio motivos de queja.
Bajo nivel de rizado: se registraron como máximo unos 60 mV a una frecuencia de funcionamiento de 300 kHz.
Diseño compacto.

Desventajas.
Se calienta mucho con corrientes superiores a 2-2.5 A.
Hay que tener cuidado de no superar la tensión de entrada o instalar un supresor de protección en la entrada.
El inductor está bobinado con hilo fino

En mi opinión, se puede usar sin problemas con corrientes de hasta 2 A. Me decepcionó un poco no haber podido aclarar qué pasa con las señales RF/TX. El convertidor se puede mejorar fácilmente: rebobinar el inductor con hilo más grueso y reducir el número de espiras aproximadamente 1.5 veces, o sustituirlo por uno más potente (mejor opción). También se puede cambiar el diodo por otro más potente y, mejor aún, montarlo aparte, aunque sea en la cara posterior de la placa; así mejorará el régimen térmico.
Es poco probable que se alcance la eficiencia del 95% anunciada, aunque creo que la real debe de andar cerca, con una salvedad importante: depende del modo de funcionamiento. Con una corriente de 3 A, la placa disipaba unos 4 W de calor (aproximadamente), lo que supone una eficiencia muy baja con una salida de 5 V. La eficiencia aumenta gradualmente al subir la tensión de salida, aunque un convertidor reductor no debería tener una dependencia tan pronunciada.
En fin, gasté dinero en componentes y un montón de tiempo en montar la placa de la fuente y ensamblarlo todo, pero al final obtuve una fuente con estas características:
Tensión de salida: 0.85-24 V.
Corriente de salida: 0.06-2.25 A.
No es gran cosa, pero puede ser útil; simplemente, no hacía falta construir una fuente de tanta potencia.

Espero que la información que he compartido les haya resultado útil.

El producto fue proporcionado por la tienda para escribir este análisis.