Перетворювач 5В 5А на базі TPS40057. Маленький, недорогий, класний.

Один із читачів попросив зробити огляд цього перетворювача, але так уже складалося, що всі попередні замовлення були невдалими. І ось нарешті я купив цю платку й протестував її :)
В огляді, як завжди, огляд, тести й висновки.


Для початку варто сказати, що подібний перетворювач у мене вже був, тільки він коштував дорожче, зате мав чотири USB-виходи — огляд. Власне, тому все сказане там здебільшого стосується й перетворювача з цього огляду.
Різниця тут лише в конструкції, розмірах і заявленому вихідному струмі. Там було 8А, а тут продавець заявляє лише 5А.

За ціною вони відрізняються приблизно вдвічі: оглядуваний обійшовся в 1.43 (з урахуванням доставки, вона платна), а оскільки USB-роз’єми потрібні не завжди, різниця суттєва.

Упаковкою був звичайний антистатичний пакетик, усередині — акуратна платка, трохи менша за коробку сірників.
Розміри — 45х30.5х16мм.


Перетворювач побудований на базі ШІМ-контролера TPS40057, поруч видно два силові транзистори TOSHIBA TPCA8053-H, 60В 15А, з опором у відкритому стані 13.9мОм.


Контролер TPS40057 дає змогу будувати на його базі знижувальні перетворювачі із синхронним випрямленням. Працює на частоті до 1МГц, має вбудовані драйвери для керування польовими транзисторами, термозахист і захист від перевантаження.


1. На вході плати встановлено триконтактний роз’єм для підключення живлення й виходу. На мій погляд, рішення дуже невдале: у попереднього перетворювача землю було виведено на окремі контакти, тож роз’єм, відповідно, був чотириконтактним.
2. Також на платі є два електролітичні конденсатори, 470мкФ 35 Вольт, і, звісно, це дешевий Chang, який тут майже ні на що не впливає. Ба більше, конденсатор на 35 Вольт за вихідної напруги 5 виглядає якось дивно.
3. А от дросель хороший, намотаний мідною шиною пристойного перерізу; праворуч видно діод для захисту від переполюсування.
4. Знизу нічого немає, тож за потреби плату, мабуть, можна навіть приклеїти двостороннім скотчем, хоча є також три кріпильні отвори.


Схему не перемальовував, та й особливого сенсу в цьому немає, бо вона дуже схожа на типову схему з даташита.


Для тестування використовувався стенд, що складався з блока живлення на базі перетворювача RD6006 та електронного навантаження EBD-A10H. Падіння напруги на вхідних проводах не враховувалося, оскільки проводи короткі, а для підключення навантаження використовувалося чотирипровідне підключення.
Після подавання живлення на платі загоряється червоний світлодіод, підключений до виходу перетворювача.


Крім того, плата має захист від роботи за зниженої напруги: запуск відбувається за вхідної напруги 8.2 Вольта, вимкнення — приблизно за 8.0 Вольт, тобто є невеликий гістерезис.
Коли плата вимикається, вхідний струм падає майже до нуля, що дає змогу використовувати цю функцію для захисту від надмірного розряджання під час живлення від акумуляторів. Наприклад, зі збіркою з 3S літієвих акумуляторів і вимкненням за 8 Вольт на кожну комірку припадає 2.66В, що цілком допустимо для більшості акумуляторів.

У робочому режимі власне споживання становить близько 16-17мА за 9 Вольт і 21-22мА за 24 Вольта.


Вихідна напруга трохи завищена — 5.05-5.08 Вольта, водночас плата чудово тримає навантаження аж до струму 9.5А, а напруга при цьому падає до 5.02В.
Графік навантаження за вхідної напруги 12 Вольт


За живлення від 24 Вольта картина практично ідентична.


Очікував, що ККД плати буде трохи вищим, ніж вийшло під час тестування. Я вимірював його за двох вхідних напруг — 12 і 24 Вольта — і в діапазоні навантажень від 1 до 9 Ампер. Значення по горизонталі відповідають струму навантаження в амперах.


Після цього провів термопрогрів за вхідної напруги 12 Вольт: спочатку 20 хвилин за навантаження 50%, потім 20 хвилин за 100% і ще 10 хвилин за 150% (7.5А).


Перетворювач поводився непогано, хоча вхідний діод нагрівався дуже сильно. Власне, це був компонент, який нагрівався на платі найбільше.


У попереднього перетворювача захист від переполюсування був реалізований набагато правильніше — за допомогою польового транзистора. Тут же виробник зекономив, установивши діод, хай і Шотткі. Вважаю, що в такому разі правильніше було б поставити діод паралельно до живлення, встановивши перед ним запобіжник, але зрештою для другого тесту я просто закоротив його перемичкою.


Результати не забарилися: ККД одразу зріс, особливо за вхідної напруги 12 В. На діоді за вихідного струму 9 А і вхідної напруги 12 В втрачалося близько 1.5 Вт.


Цікаво, що графік хоч і став більше схожим на той, що наведений у даташиті, але все одно помітно відрізняється від нього. Та й там його знімали за вхідної напруги 24 В, вихідної 3.3 В, в іншому діапазоні струмів, до того ж компоненти відрізняються.


А от нагрівання сподобалося мені більше: навіть за струму 7.5 А найвища температура була в одного з транзисторів — близько 100 градусів. А заявлений же був струм до 5 А.


Осцилограми знімалися в чотирьох режимах: за нульового вихідного струму, а також за струмів 2.5, 5.0 і 7.5 А. При цьому розмах пульсацій майже не змінювався і становив близько 100 мВ, різнилася лише амплітуда короткочасних викидів. У попереднього перетворювача картина була приблизно така сама, але розмах пульсацій був приблизно вдвічі більшим.

Нижче показано дві цікавіші осцилограми, на них ви не побачите коротких викидів. Ці осцилограми знімали на вихідному конденсаторі перетворювача за струмів навантаження 2.5 і 7.5 А


На цьому фото вихідний конденсатор розташований знизу.
Ще на самому початку огляду я нарікав, що встановили триконтактний клемник, але, схоже, що, крім усього іншого, друковану плату розвели не зовсім коректно. Наприклад, мені не дуже подобається, що від конденсатора йде довга доріжка, а крім того, у провіднику землі є вузькі місця, що якраз і може спричиняти показані вище ефекти.


Розведення плати у виробника в даташиті помітно відрізняється від показаного вище, але щонайменше сама плата там приблизно в півтора раза більша.


А щонайбільше — у даташиті плата чотиришарова, а в «китайця» лише два шари, що також може впливати на рівень пульсацій на виході, особливо це стосується коротких викидів.


І все ж плата мені дуже сподобалася, і я однозначно рекомендую її до купівлі. Хіба що я, мабуть, також порадив би прибрати (закоротити) вхідний діод або поставити його паралельно до входу й додати запобіжник: без нього ККД вищий, а нагрівання, відповідно, менше.
Якщо ж потрібні USB-виходи, підійде плата з попереднього огляду, її також рекомендую до купівлі, тим паче що там є «обманки» для USB-портів, які дають змогу пристроям заряджатися максимальним для них струмом.

На цьому все, сподіваюся, було корисно. Також вітаю всіх із прийдешніми новорічними святами й бажаю всього найкращого, ну і, звісно, щоб ваші пристрої завжди надійно працювали й ніколи вас не засмучували :)