Małe przetwornice DC-DC ze złączem USB

Trafiło do mnie kilka kompaktowych przetwornic obniżających. Kupiłem je po prostu „na próbę”, bo są bardzo tanie. Dziś recenzja dwóch niemal identycznych, a jednak różnych płytek.


Wszystko zaczęło się od tego, że znajomy poprosił mnie o kupienie kilkudziesięciu małych przetwornic. Jedną kupiłem też dla siebie, tak po prostu, bez konkretnego celu.
Płytki kosztowały 0,68 USD za sztukę — link. Dostałem je w postaci niemal całego arkusza, który trzeba było później połamać na pojedyncze płytki.



Płytki są bardzo kompaktowe, ich wymiary wraz ze złączem to 15 × 26,5 mm.


Z wyglądu wszystko jest bardzo schludne, ale warto zaznaczyć, że płytki nie obsługują QC — na wyjściu jest tylko 5 V.


Miałem już napisać recenzję, ale nie było czasu, więc wrzuciłem swoją płytkę do szuflady. Przy okazji kolejnego zamówienia u innego sprzedawcy natknąłem się na te same płytki, ale w dwóch wersjach. Jedna kosztowała 80 centów, a druga 78. Teraz obie są w sprzedaży po 0,67 USD.
Zapomniawszy, że mam już jedną taką płytkę, zamówiłem po jednej z każdej wersji. W rezultacie miałem trzy płytki: dwie jednego typu i jedną drugiego (w woreczku).


Nie będę już dłużej budował napięcia, tylko wyjaśnię, o co chodzi.
Po lewej płytka pierwszego typu — jedną zamówiłem wcześniej, drugą niedawno. Kosztowała 80 centów. Dalej będę ją nazywał „typem pierwszym”.
Po prawej płytka drugiego typu, zamówiona razem z jedną z dwóch pierwszych. Kosztowała 78 centów. Dalej — „typ drugi”.

Kluczowa różnica dotyczy rodzaju dławika. Pierwsza płytka jest oznaczona u sprzedawcy jako „3A USB Output good”, a druga po prostu jako „3A USB Output”.


Płytki zbudowano na bazie tego samego układu scalonego i mają takie same wartości elementów. Obie mają na wyjściu transil, a różnią się tylko zastosowanym dławikiem.


Indukcyjność dławika jest taka sama, ale dławik na drugiej płytce jest nieco niższy i prawdopodobnie przystosowany do mniejszego prądu.


Jeden ze sprzedawców zamieścił grafikę z dodatkowymi informacjami o komponentach.
Płytki mają na wejściu diodę zabezpieczającą przed odwrotną polaryzacją, a także — nie wiadomo po co — rezystor o wartości 0,1 Ω, również włączony szeregowo z wejściem płytki. Straty na rezystorze nie są oczywiście duże (w przeciwieństwie do strat na diodzie), ale jego przeznaczenie pozostaje dla mnie zagadką. Przychodzi mi do głowy tylko to, że pełni funkcję bezpiecznika.


Okazało się jednak, że płytki różnią się także ścieżkami, czyli nie tylko rodzajem dławika. Być może to jakaś starsza i nowsza wersja. Po lewej „typ pierwszy”, po prawej „typ drugi”.


Do testów użyłem zasilacza i obciążenia elektronicznego. Obciążalność i sprawność mierzyłem przy użyciu zasilacza impulsowego, a tętnienia — z zasilaczem liniowym, żeby wyeliminować jego wpływ na wyniki.


Zanim przejdę do testów, kilka informacji o płytkach ze strony sprzedawcy. Poniżej zrzut ekranu z tłumaczeniem Google, ale w skrócie:
1. Podzespoły są deklarowane jako nowe. W zasadzie najczęściej nie ma to znaczenia.
2. Maksymalny prąd chwilowy wynosi 3 A, a długotrwały — 2,1 A.
3. Zastosowano kondensatory ceramiczne zamiast elektrolitycznych, dlatego deklarowane tętnienia wynoszą 10 mV, podczas gdy u konkurencji sięgają 500 mV. Ale to sprawdzimy.
4. Wysoka sprawność, do 94–97,5%, ale jest zastrzeżenie: bez bezpiecznika i diody zabezpieczającej. Ponieważ jednak są na płytce, pomiary wykonam z nimi.
5. Dławiki z uzwojeniem w postaci taśmy, a nie drutu. Nie mogę tego sprawdzić bez rozbierania.
6. Transil zabezpieczający na wyjściu. Jest na obu płytkach, więc nie ma tu żadnych wątpliwości.
7. Zastosowano jakiś układ identyfikacji USB. W rzeczywistości go nie ma: styki linii danych USB są połączone ze sobą i podłączone do dzielnika napięcia.
8. Pozłacane złącze USB. Mało prawdopodobne, ale zmierzę też spadek napięcia na złączu.
9–11. Różne bzdury.
12. Pobór prądu bez obciążenia wynosi 0,85 mA. Nie mierzyłem go specjalnie, ale zasilacz rzeczywiście wskazywał zerowy prąd bez obciążenia, mimo że potrafi wyświetlać wartości od 1 mA.



Zacznę od płytki „typu drugiego”, bo to właśnie dla niej złożyłem drugie zamówienie.


Pierwszy test wykazał, że przy napięciu wejściowym 12 V maksymalny prąd wynosi 2,9 A. Miałem jednak wątpliwości, więc przeprowadziłem jeszcze kilka testów. We wszystkich kolejnych maksymalny prąd wynosił 2,8 A. Przy tym wyłączenie następuje nagle, a nie przez stopniowy spadek napięcia, co w niektórych sytuacjach może być przydatne.


Płytka może dostarczyć prąd 3 A, ale dosłownie przez kilka sekund. Potem napięcie spada i następuje wyłączenie.


Przy napięciu wejściowym 24 V płytka również była w stanie dostarczyć maksymalnie 2,8 A. Napięcie wyjściowe wprawdzie spada wraz ze wzrostem prądu, ale stabilizuje się bardzo dobrze — różnica między maksymalnym prądem a pracą bez obciążenia wynosi zaledwie 0,1 V, z uwzględnieniem spadku na złączu.
Zmierzony spadek napięcia na złączu wyniósł 6+14 mV (łącznie 20 mV) przy prądzie 1 A lub 60 mV przy prądzie 3 A, więc bez uwzględnienia złącza spadek wynosi zaledwie 40 mV.


Tabela pomiarów sprawności, każdy krok odpowiada zmianie prądu o 200 mA


A oto wykres — myślę, że tutaj widać to wyraźniej.


Grzeje się jak piecyk, to prawda. Najpierw sprawdzałem ją przy prądzie 1,25 A — temperatura wzrosła do 63 stopni. Potem chciałem długotrwale obciążyć ją prądem 2,5 A, ale ostatecznie płytka przegrzewała się i wyłączała nawet przy 2,3 A.
Poniżej trzy zdjęcia termowizyjne: 12 V przy prądzie 1,25 A i 2 A oraz 24 V przy 2 A.


Tętnienia przy napięciu wejściowym 12 V i prądzie obciążenia 0, 1, 2 oraz 2,8 A. Jeśli pominąć piki, wynoszą około 30–40 mV.


Przy napięciu wejściowym 24 V sytuacja wygląda jednak wyraźnie gorzej. Przy prądzie obciążenia 0–1,2 A jest mniej więcej tak samo jak wcześniej, ale przy 2,8 A tętnienia wynoszą około 110 mV bez uwzględnienia pików. Ostatni zrzut ekranu zrobiłem specjalnie w tej samej skali, żeby różnica była lepiej widoczna.



Teraz płytka „typ jeden”.


Napięcie wyjściowe utrzymuje się tu tak samo jak w poprzedniej płytce, ale maksymalny prąd wyniósł 3 A — zarówno w pierwszej, jak i w kolejnych próbach. Wyłączenie również następuje nagle.


Przy napięciu wejściowym 24 V (zapomniałem zmienić wartość w nagłówku) prąd wyjściowy wyniósł nawet 3,2 A, czyli wyraźnie więcej niż 2,8 A w poprzedniej płytce.


Pomiar sprawności — ten sam krok, 200 mA, ale tutaj wyszło o jeden punkt pomiarowy więcej przy napięciu wejściowym 12 V i o dwa więcej przy 24 V.
Straty na złączu są tu z jakiegoś powodu mniejsze. W poprzedniej płytce przy prądzie 1 A wynosiły 6+14=20 mV, a tutaj 2+11=13 mV. Spadek napięcia na przewodzie masowym jest mniejszy, ponieważ połączenie odbywa się również przez obudowę złącza.


Sprawność w postaci wykresu.


Nagrzewanie jest również wyraźnie mniejsze. Dwa pierwsze zdjęcia termowizyjne zrobiłem tak jak poprzednio, przy napięciu wejściowym 12 V i prądzie obciążenia 1,25 A oraz 2 A. Trzecie — przy 24 V, ale prąd obciążenia wynosił 2,3 A i płytka się nie wyłączała.


Tętnienia są tu również wyraźnie mniejsze, mniej więcej dwukrotnie. Bez uwzględnienia pików wynoszą około 20 mV, choć wyraźnie odbiegają od deklarowanych 10 mV. Prąd obciążenia: 0, 1, 2 i 3 A.


Przy napięciu wejściowym 24 V sytuacja jest wprawdzie gorsza niż przy 12 V, ale wyraźnie lepsza niż w poprzedniej płytce, zwłaszcza przy maksymalnym prądzie obciążenia. Wszystkie oscylogramy pokazano tu w skali 10 mV/dz., a w przypadku poprzedniej płytki — 20 mV/dz.


Porównawczy wykres pomiarów sprawności obu płytek. Po lewej przy 12 V, po prawej przy 24 V.
Przy 12 V sprawność obu płytek jest mniej więcej taka sama, ale przy 24 V płytka „typ jeden” zdecydowanie wyprzedza płytkę „typ dwa”.


Później, już tylko z ciekawości, obliczyłem sprawność bez uwzględniania wejściowego rezystora-bezpiecznika, diody zabezpieczającej i spadków napięcia na złączach. Nie będę podawać całego wzoru, ale przy napięciu wejściowym 24 V wyszło o 1–2% więcej, zależnie od prądu obciążenia.
Na wykresie na niebiesko zaznaczono wynik bez uwzględnienia strat pasożytniczych na wymienionych elementach, ale tak czy inaczej 97% nie udało mi się uzyskać.


Podsumowując: obie płytki działają, ale moim zdaniem „typ jeden” jest wyraźnie lepszy i jeśli kupować, to zdecydowanie polecam właśnie tę wersję.
Sprawność można też wyraźnie zwiększyć, usuwając diodę zabezpieczającą przed odwrotną polaryzacją i zastępując ją zworą. Swoją drogą, podczas pracy dioda mocno się nagrzewa, a przy okazji podgrzewa kontroler PWM, który w końcu wyłącza się z powodu przegrzania. Myślę, że po usunięciu diody płytka bez problemu będzie mogła długotrwale dostarczać prąd 2,5 A.

To już wszystko. Jak zawsze, chętnie odpowiem na pytania i poczytam komentarze.