Przetwornica 5 V 5 A na bazie TPS40057. Mała, niedroga i świetna.

Jeden z czytelników poprosił mnie o recenzję tej przetwornicy, ale jakoś tak się składało, że wszystkie wcześniejsze zamówienia kończyły się niepowodzeniem. W końcu jednak kupiłem tę płytkę i ją przetestowałem :)
Jak zwykle w recenzji: oględziny, testy i wnioski.


Na początek warto wspomnieć, że miałem już podobną przetwornicę, tylko tamta była droższa, za to miała cztery wyjścia USB — recenzja. Właściwie wszystko, co tam napisałem, w większości odnosi się również do przetwornicy opisywanej tutaj.
Różnią się tylko konstrukcją, wymiarami i deklarowanym prądem wyjściowym. Tamta miała 8 A, a tutaj sprzedawca deklaruje tylko 5 A.

Ceną różnią się mniej więcej dwukrotnie: opisywana tutaj kosztowała 1.43 (z dostawą, która jest płatna). A ponieważ nie zawsze potrzebne są złącza USB, różnica jest znacząca.

Opakowanie stanowiła zwykła torebka antystatyczna, a w środku znajdowała się schludna płytka, nieco mniejsza od pudełka zapałek.
Wymiary — 45х30.5х16мм.


Przetwornica jest zbudowana na kontrolerze PWM TPS40057, obok widać dwa tranzystory mocy TOSHIBA TPCA8053-H, 60 V, 15 A, o rezystancji w stanie włączenia 13.9 mΩ.


Kontroler TPS40057 pozwala budować na jego bazie przetwornice obniżające z synchronicznym prostowaniem. Pracuje z częstotliwością do 1 MHz, ma wbudowane sterowniki tranzystorów polowych, zabezpieczenie termiczne i przeciążeniowe.


1. Na wejściu płytki zamontowano trójstykowe złącze do podłączenia zasilania i wyjścia. Moim zdaniem to bardzo kiepskie rozwiązanie. W poprzedniej przetwornicy masę wyprowadzono na osobne styki, więc zastosowano odpowiednio złącze czterostykowe.
2. Na płytce są też dwa kondensatory elektrolityczne 470 µF, 35 V. Oczywiście to tanie kondensatory Chang, które tutaj praktycznie do niczego się nie przydają. Poza tym kondensator na 35 V przy napięciu wyjściowym 5 V wygląda dość dziwnie.
3. Za to dławik jest porządny, nawinięty miedzianą szyną o przyzwoitym przekroju. Po prawej widać diodę zabezpieczającą przed odwrotną polaryzacją.
4. Spód jest pusty, więc w razie potrzeby płytkę można chyba nawet przykleić taśmą dwustronną, choć są też trzy otwory montażowe.


Nie przerysowywałem schematu, bo nie ma to większego sensu — jest bardzo podobny do typowego schematu z noty katalogowej.


Do testów wykorzystałem stanowisko składające się z zasilacza opartego na przetwornicy RD6006 i obciążenia elektronicznego EBD-A10H. Spadku napięcia na przewodach wejściowych nie uwzględniałem, bo są krótkie, a obciążenie podłączyłem czteroprzewodowo.
Po podaniu zasilania zapala się czerwona dioda LED podłączona do wyjścia przetwornicy.


Płytka ma też zabezpieczenie przed pracą przy zbyt niskim napięciu: uruchamia się przy napięciu wejściowym 8.2 V, a wyłącza przy około 8.0 V, czyli występuje niewielka histereza.
Po wyłączeniu płytki prąd wejściowy spada niemal do zera, dzięki czemu tę funkcję można wykorzystać jako zabezpieczenie akumulatora przed nadmiernym rozładowaniem. Na przykład przy pakiecie złożonym z 3 ogniw litowych połączonych szeregowo i wyłączeniu przy 8 V na ogniwo przypada 2.66 V, co jest wartością dopuszczalną dla większości akumulatorów.

W trybie pracy pobór własny wynosi około 16–17 mA przy 9 V i 21–22 mA przy 24 V.


Napięcie wyjściowe jest nieco zawyżone i wynosi 5.05–5.08 V. Płytka dobrze radzi sobie z obciążeniem aż do prądu 9.5 A, przy czym napięcie spada do 5.02 V.
Charakterystyka obciążenia przy napięciu wejściowym 12 V


Przy zasilaniu napięciem 24 V wyniki są praktycznie identyczne.


Spodziewałem się nieco wyższej sprawności płytki, niż uzyskałem w teście. Pomiary wykonałem przy dwóch napięciach wejściowych: 12 i 24 V, oraz przy obciążeniu od 1 do 9 A. Wartości na osi poziomej odpowiadają prądowi obciążenia w amperach.


Potem przeprowadziłem test termiczny przy napięciu wejściowym 12 V: najpierw przez 20 minut przy obciążeniu 50%, potem przez 20 minut przy 100%, a następnie jeszcze przez 10 minut przy 150% (7.5 A).


Przetwornica spisywała się nieźle, choć dioda wejściowa nagrzewała się naprawdę mocno. Właściwie był to najgorętszy element na płytce.


W poprzedniej przetwornicy zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją rozwiązano znacznie lepiej, za pomocą tranzystora polowego. Tutaj producent poszedł na oszczędności i zastosował diodę, choćby nawet Schottky’ego. Uważam, że w takiej sytuacji lepiej podłączyć diodę równolegle do zasilania, a przed nią umieścić bezpiecznik. Ostatecznie jednak, na potrzeby drugiego testu, po prostu zwarłem ją zworką.


Efekty pojawiły się od razu: sprawność wzrosła, szczególnie przy napięciu wejściowym 12 V. Przy prądzie wyjściowym 9 A i napięciu wejściowym 12 V na diodzie traciło się około 1,5 W.


Co ciekawe, wykres stał się wprawdzie bardziej podobny do tego z karty katalogowej, ale nadal wyraźnie się od niego różni. Tamten pomiar wykonano jednak przy napięciu wejściowym 24 V, wyjściowym 3,3 V i w innym zakresie prądów, a do tego zastosowano inne komponenty.


Bardziej podobały mi się za to temperatury. Nawet przy prądzie 7,5 A najwyższą temperaturę, około 100 stopni, osiągnął jeden z tranzystorów. A przecież deklarowany prąd wynosił do 5 A.


Przebiegi oscyloskopowe zarejestrowałem w czterech trybach: przy zerowym prądzie wyjściowym oraz przy 2,5, 5,0 i 7,5 A. Rozpiętość tętnień prawie się nie zmieniała i wynosiła około 100 mV. Różniła się jedynie amplituda krótkotrwałych skoków. W poprzedniej przetwornicy było podobnie, ale rozpiętość tętnień była mniej więcej dwa razy większa.

Poniżej widać dwa ciekawsze przebiegi oscyloskopowe, na których nie ma krótkich skoków. Zostały zarejestrowane na kondensatorze wyjściowym przetwornicy przy prądach obciążenia 2,5 i 7,5 A.


Na tym zdjęciu kondensator wyjściowy znajduje się na dole.
Już na samym początku recenzji zwróciłem uwagę na zastosowanie trójstykowej listwy zaciskowej, ale wygląda na to, że płytka została też niezbyt dobrze zaprojektowana. Nie podoba mi się na przykład długa ścieżka od kondensatora. Są też wąskie miejsca na ścieżce masy, co może powodować opisane wyżej efekty.


Układ ścieżek na płytce pokazanej w karcie katalogowej producenta wyraźnie różni się od tego powyżej, ale sama płytka jest co najmniej półtora raza większa.


Co więcej, płytka z karty katalogowej ma cztery warstwy, a u „Chińczyka” są tylko dwie. To również może wpływać na poziom tętnień na wyjściu, szczególnie na krótkie skoki.


Mimo to płytka bardzo mi się spodobała i zdecydowanie polecam jej zakup. Chyba zalecałbym jednak usunąć (zmostkować) diodę wejściową albo podłączyć ją równolegle do wejścia i dodać bezpiecznik. Bez niej sprawność jest wyższa, a temperatura odpowiednio niższa.
Jeśli potrzebne są wyjścia USB, sprawdzi się płytka z poprzedniej recenzji. Ją również polecam, tym bardziej że ma „oszukane” porty USB, które pozwalają wysłać urządzeniom polecenie ładowania maksymalnym obsługiwanym przez nie prądem.

To już wszystko. Mam nadzieję, że było przydatnie. Przy okazji składam wszystkim życzenia z okazji nadchodzących świąt noworocznych i życzę wszystkiego najlepszego. No i oczywiście, żeby wasze urządzenia zawsze działały niezawodnie i nigdy was nie zawodziły :)