Малі DC-DC перетворювачі з роз’ємом USB

Мені потрапило кілька компактних знижувальних перетворювачів. Купив просто "на пробу" — благо, коштують зовсім недорого. Сьогодні огляд пари майже однакових, але водночас різних плат.


Усе почалося з того, що товариш попросив мене купити кілька десятків невеликих перетворювачів. Ну і один я купив собі — просто так, без жодної мети.
Плати коштували $0.68 за штуку — посилання, отримав їх майже цілим аркушем, який потім треба розламати на окремі плати.



Плати дуже компактні, розмір із роз’ємом — 15х26.5мм


Зовні все дуже акуратно, але варто зазначити: ці плати не підтримують QC, на виході лише 5 Вольт.


Я вже збирався писати огляд, але не було часу, тож закинув свою платку в шухляду стола. А під час чергового замовлення в іншого продавця мені трапилися ті самі плати, але у двох варіантах виконання. Один варіант коштував 80 центів, а інший — 78. Зараз обидва продаються по $0.67.
Успішно забувши, що одна така плата в мене вже є, я замовив по одній кожного варіанта. У результаті в мене опинилися три плати: дві одного типу й одна іншого (у пакетику).


Не буду далі нагнітати інтригу, а поясню.
Ліворуч плата першого типу: одну замовив раніше, другу — нещодавно, вона коштувала 80 центів. Далі називатиму її "тип один".
Праворуч плата другого типу, замовлена разом з однією з перших двох. Вона коштувала 78 центів, далі — "тип два".

Ключова відмінність — тип дроселя. При цьому перша плата позначена у продавця як 3A USB Output good, друга — просто 3A USB Output.


Плати зібрані на базі тієї самої мікросхеми, мають такі самі номінали компонентів, в обох на виході є супресор. Різниця лише в типі застосованого дроселя.


Індуктивність дроселя теж однакова, але дросель на другій платі трохи нижчий, імовірно, розрахований на менший струм.


В одного з продавців є зображення з уточненнями щодо компонентів.
При цьому на вході плат є діод для захисту від переполюсування і, незрозуміло навіщо, резистор номіналом 0.1 Ома, також увімкнений послідовно з входом плати. Втрати на резисторі, звісно, не дуже великі (на відміну від діода), але його призначення так і залишилося для мене загадкою. Нічого, крім того, що він виконує роль запобіжника, на думку не спадає.


Але виявилося, що плати відрізняються ще й трасуванням, тобто різниця не лише в типі дроселя. Можливо, це якась стара й нова версії. Ліворуч "тип один", праворуч "тип два".


Для тестування взяв блок живлення й електронне навантаження. Навантажувальну здатність і ККД вимірював з імпульсним БЖ, а пульсації — з лінійним, щоб виключити його вплив на результати.


Перш ніж перейти до тестів, коротко розповім про плати зі сторінки продавця. Нижче — скриншот із перекладом Google, але якщо коротко, то:
1. Заявлено, що компоненти нові. Загалом найчастіше це не має значення.
2. Максимальний короткочасний струм — 3 Ампера, тривалий — 2.1 Ампера.
3. Керамічні конденсатори замість електролітичних, тому заявлені пульсації 10мВ, тоді як у конкурентів — до 500мВ. Але це ми перевіримо.
4. Високий ККД — до 94-97.5%, але є застереження: без запобіжника й захисного діода. Та оскільки вони є на платі, вимірюватиму з ними.
5. Дроселі з обмоткою у вигляді шини, а не дроту. Перевірити це без розбирання не можу.
6. Захисний супресор на виході є в обох платах, тож тут запитань немає.
7. Використання якоїсь схеми ідентифікації USB. Насправді її немає: контакти ліній даних USB з’єднані між собою та підключені до подільника напруги.
8. Позолочений роз’єм USB. Малоймовірно, але падіння напруги на роз’ємі я теж виміряю.
9-11. Різна нісенітниця
12. Струм споживання без навантаження — 0.85 мА. Спеціально не вимірював, але блок живлення справді показував нульовий струм без навантаження, хоча мінімум, який він може відображати, — 1мА.



Почну з плати "тип два", адже саме заради неї я й зробив друге замовлення.


Перший прогін показав, що за вхідної напруги 12 Вольт максимальний струм становить 2.9 Ампера, але я засумнівався й провів ще кілька тестів. У всіх наступних максимальний струм становив 2.8 Ампера. При цьому вимкнення різке, а не плавне падіння напруги; у деяких ситуаціях це може бути корисно.


Струм 3 Ампери плата може видати, але буквально на пару секунд, далі напруга знижується і відбувається вимкнення.


За вхідної напруги 24 Вольти плата також змогла видати максимум 2.8 Ампера. Напруга на виході хоч і знижується зі зростанням струму, але стабілізується дуже добре: різниця між максимальним струмом і роботою без навантаження становить лише 0.1 Вольта з урахуванням падіння на роз'ємі.
Виміряне падіння на роз'ємі становило 6+14мВ (загалом 20мВ) за струму 1 Ампер або 60мВ за струму 3 Ампера, тож без урахування роз'єму падіння становить лише 40мВ.


Таблиця з вимірюванням ККД, кожен крок відповідає струму 200мА


А ось графік, думаю, тут видно наочніше.


Гріється, як пічка, це так. Спочатку я перевіряв за струму 1.25 Ампера — нагрівання становило 63 градуси, потім хотів надовго навантажити струмом 2.5 Ампера, але зрештою плата перегрівалася і вимикалася навіть за 2.3 Ампера.
Нижче три термознімки: 12 Вольт, 1.25 Ампера і 2 Ампера, а також 24 Вольта, 2 Ампера.


Пульсації за вхідної напруги 12 Вольт і струму навантаження 0, 1, 2, 2.8 Ампера. Якщо не враховувати піки, то близько 30-40мВ.


А ось за вхідної напруги 24 Вольта картина помітно гірша. Якщо за струму навантаження 0-12 Ампера приблизно так само, як і було, то за 2.8 — близько 110мВ без урахування піків. Останній скриншот зроблено спеціально в тому самому масштабі, щоб було наочніше.



Тепер плата "тип один".


Тут вихідна напруга тримається так само, як у попередньої, але максимальний струм становив 3 Ампера — і під час першого, і під час наступних прогонів. Вимкнення також різке.


А за вхідної напруги 24 Вольта (забув змінити в заголовку) вихідний струм становив аж 3.2 Ампера, що помітно більше, ніж 2.8 у попередньої.


Вимірювання ККД: крок той самий, 200мА, але тут вийшло на один ступінь більше за вхідної напруги 12 Вольт і на два — за вхідної 24 Вольта.
Втрати на роз'ємі тут чомусь виявилися меншими: якщо в попередньої за струму 1 Ампер було 6+14=20мВ, то тут 2+11=13мВ. На провіднику заземлення падіння менше, оскільки з'єднання відбувається також через корпус роз'єму.


ККД у вигляді графіка.


Нагрівання також помітно менше. Перші два термознімки зроблено, як і раніше, за вхідної напруги 12 Вольт і струму навантаження 1.25 та 2 Ампера, третій — за 24 Вольт, але струм навантаження становив 2.3 Ампера, і плата не вимикалася.


Пульсації тут також помітно менші, приблизно вдвічі, і без урахування піків становлять близько 20мВ, хоча до заявлених 10мВ помітно не дотягують. Струм навантаження — 0, 1, 2 і 3 Ампера.


За вхідної напруги 24 Вольта картина хоч і гірша, ніж за 12, але помітно краща, ніж у попередньої плати, особливо за максимального струму навантаження. Тут усі осцилограми наведено в масштабі 10мВ/дел, у попередньої — 20мВ/дел.


Порівняльний графік вимірювання ККД обох плат. Ліворуч — за 12 Вольт, праворуч — за 24.
За 12 Вольт ККД плат приблизно однаковий, але за 24 Вольт плата "тип один" упевнено випереджає плату "тип два".


Пізніше, просто зі спортивного інтересу, я розрахував ККД без урахування вхідного резистора-запобіжника, захисного діода та падіння напруги на роз'ємах. Усю формулу наводити не буду, але за вхідної напруги 24 Вольта вийшло 1-2% залежно від струму навантаження.
На графіку синім показано результат без урахування паразитних втрат на зазначених компонентах, але в будь-якому разі 97% я так і не отримав.


Підсумовуючи, скажу, що обидві плати працюють, але плата "тип один", на мій погляд, помітно краща, тож якщо купувати, то однозначно рекомендую саме її.
Крім того, ККД можна помітно підвищити, видаливши діод захисту від переполюсування й установивши замість нього перемичку. До речі, під час роботи він помітно нагрівається і, своєю чергою, підігріває ШІМ-контролер, який зрештою вимикається через перегрівання. Думаю, після видалення діода плата без проблем зможе тривалий час видавати струм 2.5 Ампера.

На цьому в мене все, і, як завжди, буду радий запитанням і просто коментарям.