MP2359DJ — całkiem niezły, mały kontroler PWM

Na jednym z forów natknąłem się kiedyś na wzmiankę o tym sterowniku PWM. Ponieważ czasami zajmuję się budową różnych urządzeń elektronicznych, postanowiłem zamówić go na próbę.
Skoro już zamówiłem, a nawet dostałem (ostatnio nie zawsze się to udaje), to przed potwierdzeniem odbioru warto byłoby go sprawdzić.
Opis, test i wyniki — wszystko po kliknięciu „czytaj dalej”.

Właściwie te układy dostałem już dawno, ale dopiero teraz znalazłem czas, żeby je sprawdzić.
Zamówiłem je w okolicach Nowego Roku, a dostałem 3 lutego.
Sprzedawca kilka razy miło mnie zaskoczył, dlatego w opinii dodam link do recenzji.
Najpierw szybko wysłał układy, a potem sam przedłużył ochronę zamówienia, bez przypominania.
Napisałem mu, że układy dotarły, ale potwierdzę odbiór po ich sprawdzeniu.

Układy przyszły w zwykłej papierowej kopercie z folią bąbelkową, choć niedawno dostałem diodę LED w foliowej torebce, zupełnie bez żadnego zabezpieczenia.


Druga rzecz, która mnie zaskoczyła: sprzedawca włożył nie 10 układów, a 11. Niby drobiazg, 20 centów, ale miło. Można powiedzieć, że jeden układ mam na eksperymenty :)


Układy są w obudowie SOT-23-6, oznaczenia znajdują się po obu stronach.
Z wyglądu nie mam zastrzeżeń, choć taśma, którą owinięto rolkę, początkowo trochę mnie zaniepokoiła.


Układ jest sterownikiem PWM przetwornicy obniżającej ze zintegrowanym tranzystorem mocy.

Na początek parametry techniczne (tłumaczenie z noty katalogowej). Pełna nota po angielsku jest dostępna pod tym linkiem.
Szczytowy prąd wyjściowy — 1.2 A
Rezystancja wewnętrznego tranzystora MOSFET — 0.35 Ω
Stabilna praca z ceramicznym kondensatorem wyjściowym LowESR
Sprawność do 92%
Pobór prądu w trybie czuwania: 0.1 µA.
Stała częstotliwość pracy 1.4 MHz
Zabezpieczenie przed przegrzaniem
Ograniczenie maksymalnego prądu w każdym cyklu.
Zakres napięcia wejściowego 4.5–24 V
Napięcie wyjściowe 0.81–15 V

Typowy układ aplikacyjny wymaga niewielu elementów zewnętrznych.
Oczywiście są układy, które wymagają ich jeszcze mniej, ale moim zdaniem tutaj też jest całkiem dobrze.


Wewnętrzna budowa układu.
Za wadę układu (i to raczej umowną) można uznać chyba tylko zastosowanie tranzystora mocy z kanałem N. Komplikuje to układ, wymaga użycia zewnętrznego kondensatora i uniemożliwia uzyskanie 100% wypełnienia, ponieważ trzeba dać czas na ponowne naładowanie zewnętrznego kondensatora zasilającego sterownik.
Takie rozwiązanie ma jednak również zaletę: tranzystory z kanałem N mają zwykle lepsze parametry niż tranzystory z kanałem P.

Dużym plusem jest też niskie napięcie odniesienia, wynoszące zaledwie 0.81 V. Później wyjaśnię dlaczego.


Istnieje też bardziej rozbudowany układ aplikacyjny tego układu scalonego.
Przy napięciu wejściowym poniżej 5 V warto dodać diodę D3.
Przy napięciu wyjściowym poniżej 5 V warto dodać diodę D2.
W pozostałych przypadkach dodatkowe elementy nie są potrzebne.


Wyżej napisałem, że układ ma niskie napięcie odniesienia.
Dzięki temu można zbudować na jego bazie prosty sterownik LED.
Chodzi o to, że im wyższe jest to napięcie, tym większe straty powstają na boczniku pomiarowym. Większość układów da się tak uruchomić, ale im niższe napięcie, tym wyższa będzie sprawność takiego sterownika.
Poza tym zawsze lepiej mieć zapas w dół, bo większość znanych mi prostych sterowników PWM ma napięcie odniesienia 1.23–2.5 V.


Ponieważ musiałem sprawdzić to, co dostałem, trzeba było zmontować małą płytkę testową.
Postanowiłem zbudować układ według prostego wariantu, choć wprowadziłem zmiany wynikające z tego, że składałem go „z tego, co było”.
Zmiany dotyczyły kondensatorów.
Producent zaleca kondensatory wejściowy i wyjściowy o pojemności odpowiednio 10 i 22 µF. Zastosowałem po 2 × 2,8 i 2 × 5,6 µF, czyli mniej więcej dwa razy mniej.
Zalecana pojemność kondensatora zasilającego sterownik to około 10 nF, a przy dodatkowych diodach — do 1 µF. Ja jednak zastosowałem 0,1 µF, bez żadnych diod.
Diodę również wziąłem z tego, co było pod ręką — zwykłą SS34.
Zalecany dławik ma indukcyjność 4,7 µH, a ja miałem 10 µH.

Czyli celowo pogorszyłem parametry przetwornicy, a poza tym chciałem sprawdzić, jak układ zachowuje się przy wartościach elementów innych niż podane w nocie katalogowej.


Najpierw zaprojektowałem własną ścieżkę płytki, ale nie byłem z niej zadowolony, więc postanowiłem zrobić ją tak, jak zaleca producent.
Projektowanie ścieżek w takich układach to zresztą dość odpowiedzialne zadanie. Nie wystarczy połączyć wyprowadzeń zgodnie ze schematem — trzeba też zadbać o prawidłowy układ ścieżek, bo może to mieć wpływ na wiele rzeczy.
Na przykład nieprawidłowe prowadzenie ścieżek może zwiększyć tętnienia napięcia na wyjściu, a nawet sprawić, że urządzenie w ogóle nie będzie działać.
Tak widzi płytkę producent.


A taką płytkę zaprojektowałem ja.


Dalej wszystko jest już w zasadzie proste. Płytkę wykonałem metodą termotransferu, którą opisałem tutaj.
Tyle że jakoś zapomniałem, że płytka się wytrawia, i zostawiłem ją w kąpieli za długo, dlatego efekt wyszedł gorszy.
Do wykonania płytki użyłem laminatu o grubości 1 mm. Swoją drogą, laminat jest świetny — po wytrawieniu płytka jest półprzezroczysta. Teraz szukam takiego laminatu, najlepiej w standardowym arkuszu.


Dobrałem elementy.
Rezystory dzielnika sprzężenia zwrotnego można łatwo obliczyć, wchodząc na tę stronę. Myślę, że bez wyjaśnień wiadomo, co jest czym :)
Dane wejściowe: napięcie wyjściowe 5 V, napięcie na wyjściu dzielnika 0,81 V.
Wybrałem rezystor górny o wartości 10 kΩ, a program podał 2 kΩ dla dolnego.


Kondensatory wylutowałem z płytki jakiegoś monitora, dławik i dioda są nowe.


W efekcie wyszła mi mała i prawie schludna płytka.


Wymiary płytki to około 23 × 12,5 mm


Najpierw przetestowałem płytkę na „stanowisku” składającym się z:
zasilacza
obciążenia elektronicznego
multimetru
oscyloskopu
termometru bezdotykowego

Sprawdziłem temperaturę i działanie pod obciążeniem.


Ponieważ jednak oprócz nagrzewania interesowała mnie również sprawność, musiałem skorzystać z jeszcze jednego multimetru.
Amperomierz w zasilaczu ma większy błąd pomiaru niż multimetr, a zależało mi na dokładniejszych wynikach.
Ponieważ obciążenie było niezmienne, zestawiłem zdjęcia pomiarów pobieranego prądu z oscylogramami uzyskanymi podczas poprzedniego testu.

Napięcie wejściowe 10 V
1. Prąd obciążenia 0,6 A, napięcie wyjściowe 4,84 V
2. Prąd obciążenia 1,2 A, napięcie wyjściowe 4,80 V
W obu przypadkach tętnienia były na granicy czułości, mimo że sonda była ustawiona w trybie 1:1.


Napięcie wejściowe 15 V
1. Prąd obciążenia 0,6 A, napięcie wyjściowe 4,83 V
2. Prąd obciążenia 1,2 A, napięcie wyjściowe 4,81 V
Poziom tętnień jest podobny jak w pierwszym teście.


Napięcie wejściowe 20 V
1. Prąd obciążenia 0,6 A, napięcie wyjściowe 4,83 V
2. Prąd obciążenia 1,2 A, napięcie wyjściowe 4,81 V
I znów poziom tętnień jest na granicy czułości.


Potem sprawdziłem płytkę jeszcze w kilku trybach, ale już bez zdjęć.
1. Pobór własny przetwornicy wynosi 1,3 mA przy napięciu 10 V i 1,4 mA przy 20 V. Z tych 1,3–1,4 mA około 0,3 mA pobiera dzielnik sprzężenia zwrotnego. A więc pobór własny (poza trybem czuwania) jest jak najbardziej w porządku.
2. Sprawdziłem działanie przetwornicy w trybie zwarcia. Prąd pobierany na wejściu wynosi około 0,1 A w zakresie napięcia wejściowego 10–20 V. W tym trybie układ scalony zaczyna się nagrzewać.
3. Ponieważ w trybie zwarcia układ scalony się nagrzewał, sprawdziłem również działanie zabezpieczenia termicznego.
Po osiągnięciu przez obudowę układu scalonego temperatury około 100°C (trudno zmierzyć temperaturę tak małego elementu) układ przeszedł w tryb start/stop z częstotliwością około 0,5 Hz. W przerwach pobór prądu spadał do 50 mA.
Po usunięciu przeciążenia układ natychmiast wracał do normalnej pracy.

W nocie katalogowej znalazłem tabelę ze sprawnością w różnych trybach pracy.
Testowałem przy nieco innych napięciach wejściowych, ale nie sądzę, żeby miało to istotne znaczenie.
Jak widać na wykresie, układ osiąga maksymalną sprawność przy prądzie wyjściowym około 0,6 A i napięciu wejściowym 12 V.


Z moich obliczeń wynika, że sprawność przetwornicy rzeczywiście wynosi prawie 92%, ale przy napięciu wejściowym około 15 V.
Zaznaczę jednak, że użyłem komponentów, które raczej obniżały sprawność, niż ją poprawiały. Mimo to w tej konfiguracji sprawność nie spadła poniżej 87,7%.


Podsumowanie.
Zalety
Cena
Prawidłowe działanie zabezpieczenia przed przekroczeniem prądu wyjściowego i zwarciem
Równie prawidłowe działanie zabezpieczenia przed przegrzaniem
Całkiem dobra sprawność
Prosty układ, bez konieczności stosowania dużych kondensatorów elektrolitycznych
Bardzo niski poziom tętnień
Częstotliwość pracy 1,4 MHz
Niskie napięcie wbudowanego źródła napięcia odniesienia — 0,81 V
Świetny sprzedawca

Wady
Chyba jedyną jest brak możliwości uzyskania 100% wypełnienia, ponieważ trzeba odczekać, aż naładuje się kondensator zasilający sterownik.

Moja opinia: układ mi się spodobał — jest niedrogi, prosty i działa świetnie. Sprzedawcy też należy się pochwała.
Oczywiście są lepsze układy, z prostownikiem synchronicznym i na większy prąd, ale nie potrzebowałem niczego więcej. Kompaktowe wymiary, prostota i cena przeważyły nad tymi zaletami.
Ogólnie polecam.

Jako materiały dodatkowe udostępniam archiwum z notą katalogową, schematem i projektem ścieżek — link.