Conversor DC-DC: às vezes acontece.

Hoje vou escrever não só sobre o produto que testei, mas também sobre como às vezes a gente planeja uma coisa e, por algum motivo, acaba acontecendo algo completamente diferente.
Enfim, quem tiver interesse, continue lendo.

Recentemente, o colega ksiman publicou uma análise da «metade» deste conversor: a mesma plaquinha, só que sem o módulo de indicação. Por isso, em parte, as duas análises se complementam.
Nos comentários, mencionei que também planejava fazer uma análise desta placa. Na análise, foi dito que tudo acabou não dando muito certo (ou melhor, deu muito errado). Comigo também não foi tudo muito tranquilo, embora o desfecho tenha sido melhor. Mas falo disso daqui a pouco; por enquanto, vou à análise da minha versão deste conversor DC-DC.

Enfim, vi um conversorzinho DC-DC desses e fiquei com vontade de ver do que ele era capaz. Pedi uma unidade para analisar e, algum tempo depois, ela chegou. Mas acabei não tendo tempo de mexer nela e, por enquanto, deixei de lado.

Depois de algum tempo, finalmente consegui pôr a mão na massa. Tirei algumas fotos, peguei e examinei o aparelho.
Ele chegou em um saquinho pequeno, selado.


Ele é pequeno, menor que uma caixa de fósforos.
O fabricante informa as seguintes especificações:
Tensão de entrada: 5 V-30 V
Tensão de saída: 0,8 V-29 V
Corrente de saída: máximo de 5 A (é necessário um dissipador para correntes acima de 3 A)
Eficiência de conversão: 95% (máximo)
Frequência de conversão: 300 kHz
Ondulação na saída: 50 mV (máximo)
Temperatura de operação: -40 ℃ a +85 ℃
Dimensões: 51 x 26,3 x 114


Nas laterais ficam os conectores para ligar a fonte de alimentação e a carga.
A montagem é caprichada; não tenho nada de ruim a dizer sobre isso.


Na parte de cima há dois trimpots: um ajusta a corrente e o outro, a tensão.
A corrente pode ser ajustada na faixa de 0,06 a 5,5 A.
A tensão, na faixa de 0,82 a 30 V.
Também há um LED vermelho perto dos trimpots, que indica a entrada no modo de estabilização de corrente.


O verso da placa é praticamente «pelado»; há apenas um shunt na forma de um resistor de 50 mΩ.
Aliás, já adianto que, em dispositivos desse tipo, nos quais o calor do circuito integrado é transferido para a placa, costuma-se fazer várias vias metalizadas entre as faces da placa para melhorar a transferência térmica. Infelizmente, aqui isso não foi feito. Por isso, instalar um dissipador no verso não adianta muito.


Como escrevi acima, o conversor é composto por duas placas. O conversor DC-DC não difere em nada do conversor da análise que mencionei acima. A diferença entre essas duas versões é que, no meu, foi acoplada uma placa de indicação.
Ela é conectada por meio de espaçadores.
Os dois terminais da esquerda são a entrada da placa do conversor; os da direita, a saída.
Essa conexão permite monitorar a tensão de saída e medir a corrente que passa pelo circuito.
O conjunto fica bem prático e simples.


O conversor é montado com o controlador PWM XL4005E1. Esse controlador PWM foi projetado para uma corrente de saída de 5 A e tensão de entrada de até 32 V.
Pela folha de dados, parece ser um circuito integrado muito bom, mas, como a prática mostrou, é bem «delicado».
Também vale mencionar o diodo SK86: segundo a folha de dados, ele suporta uma corrente máxima de 8 A. Para ser sincero, não entendo como ele consegue dissipar a potência gerada nele com essa corrente.
Mas, de qualquer forma, o fabricante colocou um diodo bem potente; muitas vezes usam algum bem pior.


Nesta foto dá para ver a parte responsável pelo ajuste do limite de corrente e pela indicação de carga concluída (à direita aparecem dois LEDs pequenos).



Na parte de cima ficam dois indicadores.
O de cima, azul, mostra a tensão de saída. Até 10 V, exibe no formato 1.23; acima de 10 V, 23.4. O último dígito mostra o símbolo — V
O indicador de baixo, vermelho, mostra a corrente de saída no formato 1.23; o último dígito mostra o símbolo — A.
À esquerda há um conector RX-TX. Esse foi um dos motivos pelos quais encomendei esta placa: queria tentar conectá-la ao computador, mas, infelizmente, não deu certo :(
Não faço a menor ideia para que serve o conector da direita.


A placa é montada, digamos, nota 6: até que está razoável, mas dá para notar certa falta de capricho.


A placa tem os seguintes componentes:
Microcontrolador 8s003f3p6
Registrador de deslocamento 74hc164 para controlar o indicador
Amplificador operacional, provavelmente sgm8592y
Regulador de tensão 7130H


Agora, um pequeno detalhe. Esta é a segunda placa; a primeira morreu bravamente durante os testes e a preparação da análise. Não posso dizer exatamente o que causou a falha, mas foi assim: tensão de entrada em torno de 28-29 V, um resistor de 10 Ω conectado à saída. Fui aumentando aos poucos a tensão no resistor usando o trimpot da placa; então ouvi um pequeno estalo e a tensão de entrada apareceu na saída: o transistor de potência entrou em curto.
Pode ter sido defeito de fabricação, alguma oscilação ou outra coisa, mas eu não recomendaria elevar muito a tensão de entrada, embora o datasheet indique 32 V e um máximo de 35 V.
É melhor limitar a tensão a 25-27 V.
Depois disso, encomendei uma segunda placa, já que boa parte do trabalho de preparação da análise estava feita.

Na primeira vez que é ligada, a placa vem ajustada para uma tensão de saída de cerca de 5 V. A corrente fica em torno de 1 A.
Na foto, a placa está conectada a uma fonte de alimentação de 24 V, que apareceu na minha análise recente.
Se girar o trimpot de ajuste da tensão até o máximo, a tensão de saída em vazio fica igual à tensão de entrada.


Não há muito o que dizer sobre a placa, então vou passar aos testes.
Participarão dos testes:
A placa analisada.
Fonte de alimentação de 24 V.
Termômetro sem contato
Osciloscópio
Carga eletrônica
Caneta e papel :)


O procedimento de teste foi o seguinte:
Medi o aquecimento e a ondulação da tensão de saída com as seguintes tensões ajustadas: 5-10-15-20 V. Para cada tensão, apliquei correntes de carga de 1-2-3 A.
Primeiro, medi as características com 5 V e correntes de 1-2-3 A, em intervalos de 10 minutos. Depois, deixei a placa esfriar até a temperatura ambiente e repeti o ciclo com a tensão seguinte. No total, foram 12 medições.
A indicação dinâmica complicou as coisas: tive que tirar um monte de fotos para depois escolher uma em que aparecesse o maior número possível de dígitos do indicador. A frequência de atualização dos dígitos é bem baixa; a cintilação é discreta, mas perceptível.
Na primeira verificação, sem carga, praticamente não há ondulação.
O seletor da ponta de prova do osciloscópio está na posição 1:1.





Todo o ciclo de testes levou cerca de 3.5 horas.
Temperaturas registradas:
Foram monitoradas as temperaturas do controlador PWM, do diodo, do indutor e do capacitor de saída.
Quando fui testar, decidi verificar com 3 A, como estava escrito na página da loja. Pensei: se queimar, queimou; fico com um par desses por aqui. Mas o experimento mostrou que o conversor aguentou, e o CI não entrou em proteção. A temperatura máxima atingida pelo controlador PWM foi de 110.2 graus.



E então, o resumo:
Pontos positivos.
Montagem cuidadosa, não excelente, mas muito boa.
O conversor passou no teste com corrente de até 3 A, embora tenha atingido temperaturas altas.
A precisão das medições de corrente e tensão é razoável e não causou problemas significativos.
Baixo nível de ondulação: o máximo registrado foi cerca de 60 mV, com frequência de operação de 300 kHz.
Construção compacta.

Pontos negativos.
Aquece muito com correntes acima de 2–2,5 A.
É preciso ter cuidado para não exceder a tensão de entrada ou instalar um supressor de transientes na entrada.
O indutor foi enrolado com fio fino.

Na minha opinião, dá para usar sem problemas com correntes de até 2 A. Fiquei um pouco decepcionado por não ter conseguido entender os sinais RF/TX. É possível melhorar o conversor sem muito trabalho: rebobinar o indutor com um fio mais grosso, reduzindo o número de espiras em cerca de 1,5 vez, ou substituí-lo por um mais potente (melhor opção). Também dá para trocar o diodo por um mais potente e, melhor ainda, instalá-lo fora da placa, pelo menos no lado de trás. Isso melhoraria as condições térmicas de operação.
É pouco provável que se alcance a eficiência anunciada de 95%, mas acho que a eficiência real deve ficar perto disso, com uma ressalva importante: apenas em determinadas condições de operação. Com uma corrente de 3 A, a placa dissipava cerca de 4 W em calor (estimativa), o que resulta em uma eficiência muito baixa com saída de 5 V. À medida que a tensão de saída aumenta, a eficiência também sobe gradualmente, embora um conversor abaixador não devesse ter uma dependência tão acentuada.
Enfim, gastei dinheiro com peças e um tempão montando a placa da fonte e juntando tudo, mas no fim consegui uma fonte com estas características:
Tensão de saída — 0,85–24 V.
Corrente de saída — 0,06–2,25 A.
Não é grande coisa, mas dá para usar. Simplesmente não precisava ter feito uma fonte com tanta potência.

Espero que as informações que apresentei tenham sido úteis.

O produto foi fornecido pela loja para a elaboração desta análise.