Pequeños convertidores DC-DC con conector USB

Me llegaron varios convertidores reductores compactos. Los compré simplemente «para probar», ya que cuestan muy poco. Hoy voy a analizar dos placas casi iguales, pero diferentes.


Todo empezó cuando un amigo me pidió que comprara varias decenas de convertidores pequeños. Yo también compré uno para mí, sin más, sin ningún objetivo concreto.
Las placas costaban $0.68 cada una: enlace. Me llegaron en forma de una lámina casi entera, que luego hay que separar en placas individuales.



Las placas son muy compactas: miden 15 × 26.5 mm, incluido el conector.


A primera vista, todo está muy bien acabado, pero hay que señalar que estas placas no son compatibles con QC: la salida es de solo 5 V.


Ya iba a escribir el análisis, pero no tenía tiempo, así que guardé mi placa en el cajón del escritorio. Luego, al hacer otro pedido a otro vendedor, encontré las mismas placas, pero en dos versiones. Una costaba 80 céntimos y la otra, 78; ahora ambas se venden por $0.67.
Olvidando por completo que ya tenía una de estas placas, pedí una de cada versión. Al final, acabé con tres placas: dos de un tipo y una del otro (en la bolsita).


No voy a seguir creando suspense; lo explico.
A la izquierda está la placa del primer tipo. Una la pedí antes y la otra hace poco; costaba 80 céntimos. A partir de ahora la llamaré «tipo uno».
A la derecha está la placa del segundo tipo, que pedí junto con una de las dos primeras. Costaba 78 céntimos; a partir de ahora, «tipo dos».

La diferencia clave está en el tipo de inductor. El vendedor identifica la primera placa como «3A USB Output good» y la segunda simplemente como «3A USB Output».


Las placas están montadas con el mismo chip y tienen los mismos valores de componentes. Ambas llevan un supresor en la salida; la única diferencia es el tipo de inductor utilizado.


La inductancia del inductor también es la misma, pero el de la segunda placa es un poco más bajo; supongo que está diseñado para una corriente menor.


Uno de los vendedores tiene una imagen con información más detallada sobre los componentes.
Además, las placas llevan en la entrada un diodo para protegerlas contra la inversión de polaridad y, por algún motivo, una resistencia de 0.1 Ω conectada también en serie con la entrada. Las pérdidas en la resistencia no son muy grandes, claro (a diferencia de las del diodo), pero su función sigue siendo un misterio para mí. No se me ocurre nada aparte de que haga de fusible.


Pero resulta que las placas también se diferencian en el trazado; es decir, no solo cambia el tipo de inductor. Quizá sean una versión antigua y otra nueva. A la izquierda, «tipo uno»; a la derecha, «tipo dos».


Para las pruebas usé una fuente de alimentación y una carga electrónica. La capacidad de carga y la medición de la eficiencia se comprobaron con una fuente conmutada; para medir el rizado usé una fuente lineal, a fin de evitar que influyera en los resultados.


Antes de pasar a las pruebas, aquí va un breve resumen de la información sobre las placas que aparece en la página del vendedor. Debajo hay una captura de pantalla traducida con Google, pero, en pocas palabras:
1. Se indica que los componentes son nuevos; en principio, la mayoría de las veces esto no importa.
2. Corriente máxima de 3 A durante un breve periodo y de 2.1 A de forma continua.
3. Condensadores cerámicos en lugar de electrolíticos; por eso, el rizado indicado es de 10 mV, frente a los hasta 500 mV de la competencia. Pero lo comprobaremos.
4. Alta eficiencia, de hasta el 94-97.5%, aunque con una salvedad: sin fusible ni diodo de protección. Como la placa sí los lleva, haré las mediciones con ellos.
5. Inductores bobinados con una pletina en lugar de un cable; no puedo comprobarlo sin desmontarlos.
6. Supresor de protección en la salida. Lo llevan ambas placas, así que no hay nada que objetar.
7. Uso de algún tipo de circuito de identificación USB. En realidad, no existe: los contactos de las líneas de datos USB están conectados entre sí y a un divisor de tensión.
8. Conector USB dorado. Es poco probable, pero también mediré la caída de tensión en el conector.
9-11. Varias tonterías.
12. Corriente de consumo sin carga de 0.85 mA. No la medí expresamente, pero la fuente de alimentación indicaba efectivamente cero corriente sin carga, aunque su resolución mínima es de 1 mA.



Empezaré por la placa «tipo dos», porque precisamente por ella hice el segundo pedido.


La primera prueba mostró que, con una tensión de entrada de 12 V, la corriente máxima era de 2.9 A. Pero me entraron dudas e hice varias pruebas más; en todas las siguientes, el máximo fue de 2.8 A. Sin embargo, el apagado es brusco, no se produce una caída gradual de la tensión, lo que puede ser útil en algunas situaciones.


La placa puede suministrar 3 A, pero literalmente durante un par de segundos; después, la tensión cae y se apaga.


Con una tensión de entrada de 24 V, la placa también pudo suministrar un máximo de 2,8 A. Aunque la tensión de salida disminuye a medida que aumenta la corriente, se estabiliza muy bien: la diferencia entre la corriente máxima y el funcionamiento sin carga es de solo 0,1 V, teniendo en cuenta la caída en el conector.
La caída medida en el conector fue de 6+14 mV (20 mV en total) con una corriente de 1 A, o de 60 mV con 3 A; por tanto, sin contar el conector, la caída es de solo 40 mV.


Tabla de mediciones de eficiencia; cada paso corresponde a 200 mA de corriente.


Y el gráfico; creo que aquí se aprecia mejor.


Se calienta como una estufa, eso sí. Primero hice la prueba con una corriente de 1,25 A: la temperatura llegó a 63 grados. Después quise someterla a una carga prolongada de 2,5 A, pero al final la placa se sobrecalentaba y se apagaba incluso con 2,3 A.
A continuación, tres imágenes térmicas: 12 V con 1,25 A y 2 A, y 24 V con 2 A.


Rizado con una tensión de entrada de 12 V y corrientes de carga de 0, 1, 2 y 2,8 A. Sin contar los picos, ronda los 30-40 mV.


Pero con una entrada de 24 V, el resultado es bastante peor. Con corrientes de carga de 0-1,2 A es más o menos como antes, pero con 2,8 A ronda los 110 mV sin contar los picos. La última captura está hecha expresamente con la misma escala para que se aprecie mejor.



Ahora, la placa «tipo uno».


Aquí la tensión de salida se mantiene igual que en la anterior, pero la corriente máxima alcanzada fue de 3 A, tanto en la primera prueba como en las siguientes. El apagado también es brusco.


Con una tensión de entrada de 24 V (se me olvidó cambiarlo en el encabezado), la corriente de salida llegó incluso a 3,2 A, bastante más que los 2,8 A de la placa anterior.


Medición de la eficiencia: el mismo paso de 200 mA, pero aquí hubo un escalón más con una entrada de 12 V y dos más con una entrada de 24 V.
Por alguna razón, las pérdidas en el conector fueron menores. En la placa anterior, con una corriente de 1 A, eran de 6+14=20 mV; aquí son de 2+11=13 mV. La caída en el conductor de tierra es menor porque la conexión también se realiza a través de la carcasa del conector.


La eficiencia en forma de gráfico.


También se calienta bastante menos. Las dos primeras imágenes térmicas se hicieron igual que antes, con una entrada de 12 V y corrientes de carga de 1,25 y 2 A; la tercera, con 24 V y una corriente de carga de 2,3 A, sin que la placa se apagara.


El rizado también es bastante menor, aproximadamente la mitad, y ronda los 20 mV sin contar los picos, aunque está lejos de los 10 mV anunciados. Las corrientes de carga son 0, 1, 2 y 3 A.


Con una tensión de entrada de 24 V, el resultado es peor que con 12 V, pero bastante mejor que en la placa anterior, sobre todo con la corriente de carga máxima. Aquí todos los oscilogramas están a una escala de 10 mV/div; en la placa anterior, de 20 mV/div.


Gráfico comparativo de las mediciones de eficiencia de ambas placas. A la izquierda, con 12 V; a la derecha, con 24 V.
Con 12 V, la eficiencia de las placas es aproximadamente la misma, pero con 24 V la placa «tipo uno» supera claramente a la «tipo dos».


Más tarde, y solo por curiosidad, calculé la eficiencia sin tener en cuenta la resistencia de entrada que hace de fusible, el diodo de protección ni la caída en los conectores. No voy a poner toda la fórmula, pero con una tensión de entrada de 24 V el resultado fue de un 1-2 %, según la corriente de carga.
En el gráfico, la línea azul no tiene en cuenta las pérdidas parásitas en los componentes mencionados, pero, en cualquier caso, no llegué al 97 %.


Como conclusión, diré que ambas placas funcionan, pero, en mi opinión, la «tipo uno» es claramente mejor. Si vais a comprar una, recomiendo sin duda esa.
Además, se puede aumentar bastante la eficiencia quitando el diodo que protege contra la inversión de polaridad y colocando un puente en su lugar. Por cierto, se calienta bastante durante el funcionamiento y, a su vez, calienta el controlador PWM, que acaba apagándose por sobrecalentamiento. Creo que, tras quitar el diodo, la placa podrá suministrar sin problemas 2,5 A de forma continua.

Eso es todo por mi parte. Como siempre, estaré encantado de responder a vuestras preguntas y leer vuestros comentarios.