Компактний високоефективний знижувальний перетворювач на базі MP2225

У мене вже були огляди різних перетворювачів — і великих та потужних, і зовсім маленьких. А сьогодні я розбиратиму зовсім компактний варіант доволі потужного перетворювача з вихідним струмом до 4 А.
Тести, осцилограми, графіки — усе, як завжди :)


Сьогоднішній огляд буде зовсім компактним — приблизно таким, як і перетворювач, який я оглядаю. Власне, багато про нього й не напишеш, та й, мабуть, особливого сенсу в цьому немає.

Характеристики зі сторінки товару
Вхідна напруга: 6,5 В–16 В
Вихідна напруга: 5,3 В
ККД: до 98%
Вихідний струм: 0 ~ 4 А
Точність напруги: <1%
Регулювання навантаження: <0,5%
Вихідні пульсації: <20 мВ
Статичне енергоспоживання: <500 мкА
Робоче середовище: -40 ℃ ~ 85 ℃


Запакований у невеликий пакетик, мабуть, частково для того, щоб його просто не загубили: він настільки компактний, що це добре видно на фото поруч із коробкою. Розміри плати — 18х13.5мм


Побудований на базі ШІМ-контролера з інтегрованим силовим ключем і синхронним випрямлячем — MP2225


Плата крихітна. Крім ШІМ-контролера, на ній є резистори зворотного зв’язку, вхідний і вихідний конденсатори, а також резистор підтягування входу Enable. За замовчуванням контролер перебуває в режимі «увімкнено», щоб вимкнути його, треба з’єднати вхід EN із землею.


Схема підключення контролера до непристойності проста: крім перелічених вище компонентів, є ще бутстрепний конденсатор драйвера силового транзистора та конденсатор для внутрішнього стабілізатора напруги.
Тут же показано графік залежності ККД від вхідної напруги та струму навантаження. До речі, у даташиті максимальна вхідна напруга вказана до 18 вольт, а в описі товару — лише до 16.



На структурній схемі видно, що використовується синхронний випрямляч — саме завдяки цьому досягається високий ККД. Також зазначу, що перетворювач працює на частоті 500 кГц, завдяки чому можна суттєво зменшити розміри дроселя, що також позитивно впливає на ефективність.


Для випробувань я припаяв до плати і дроти, і товсті виводи, до яких підключатиму навантаження. Мета — якомога точніше вимірювати напругу на виході плати.


У робочому режимі плата видає 5.35 вольта, що трохи незвично, адже частіше використовують стандартний ряд напруг: 3.3, 5.0 тощо. Власне споживання окремо не вимірював, але блок живлення взагалі не реєструє струму в навантаженні.
За живлення від 12 вольт споживання становить 405 мкА у звичайному режимі та 120 мкА, коли вхід EN замкнутий на землю.


Спочатку — випробування під навантаженням і паралельно вимірювання залежності вихідної напруги від струму навантаження.

Вхідна напруга — 12 В, захист спрацював за струму 4.5 А. Напруга майже в усьому діапазоні трималася дуже стабільно: фактично різниця була в третьому знаку, але за струму навантаження понад 4.2 А почала трохи зростати.


Для плати заявлена мінімальна вхідна напруга 6.5 В. Тут усе приблизно так само, з тією лише різницею, що плата вимкнулася вже за струму 3.8 А.


Але, звісно, мені було цікаво, як перетворювач поводитиметься за ще нижчої напруги, наприклад 6 В, що відповідає мінімальній напрузі збірки з 2S літієвих акумуляторів. Звісно, у такої збірки напруга може бути й нижчою, але ефективний діапазон для літієвих акумуляторів усе-таки ближчий до 3–4.2 В.

Власне, результати були майже такими самими, як і за 6.5 В, але за струму понад 2.4 А напруга на виході почала поступово знижуватися, плата вимкнулася за струму понад 3.4 А.


ККД — як же не перевірити цей параметр, якщо він є визначальним і для цієї мікросхеми, і для сфери застосування, а це часто пристрої з акумуляторним живленням, де кожна крапля енергії на рахунку.

Виробник наводить у даташиті дуже симпатичні графіки, в анонсах пишуть, що ефективність сягає 98%, але якщо придивитися, можна помітити, що такої ефективності досягають у ну дуже вузькому діапазоні навантажень.


Я перевіряв ефективність за двох варіантів вхідної напруги — 6.5 і 12 В — та в діапазоні струмів навантаження 0.25–4 А, відповідно, шкала внизу кратна струму 0.25 А.
З’ясувалося, що за вхідної напруги 12 В ефективність сягає максимум 96%, за 6.5 В вона вища за малих і середніх струмів навантаження, але зі зростанням струму стає такою самою, як і за 12 В.


Оскільки тестування ККД триває досить довго, плата помітно нагрілася, а вимкнулася вона вже за інших струмів навантаження: наприклад, за вхідної напруги 12 В плата вимкнулася вже за 4.25 А, хоча «на холодну» без проблем видала 4.5 А. Відповідно, за нижчої напруги цей поріг також знизився.


Тест із тривалим навантаженням дав цікаві результати. Виявилося, що:
1. За 12 В і струму навантаження 2 А нагрівання зовсім невелике — близько 50 градусів.
2. За тієї самої напруги й струму 4 А плата швиденько пішла у «відключку», тому тест довелося проводити вже за струму 3.5 А. Температура ШІМ-контролера при цьому становила близько 105–108 градусів.
3. Далі я охолодив плату й перевірив роботу за вхідної напруги 7 В і навантаження 3.5 А. Плата також відносно швидко вимкнулася, тому тестував за струму 3 А. Температура контролера становила 83–87 градусів.

Усі тести тривали приблизно 15–20 хвилин, чого більш ніж достатньо, щоб прогріти таку компактну плату.


Пульсації — теж дуже важливий параметр, хоча, на мій погляд, у цьому випадку він менш визначальний, ніж ККД.
Спочатку перевіряв, живлячи від імпульсного БЖ, але пульсації здалися завеликими, тому зрештою тестував від лінійного БЖ. Навантаження при цьому від’єднав від комп’ютера й перевів у режим прямого керування, щоб ще зменшити можливий вплив.


Без навантаження на виході — невелика «пилка» з розмахом близько 20 мВ і частотою 300 Гц.


А це вже під навантаженням: струм, відповідно, 2 і 4 А, або 50 і 100% навантаження.
1, 2. Високочастотні пульсації. Загалом усе нормально, плата вкладається в заявлені 20 мВ.
3, 4. Але якщо подивитися на низькій частоті розгортки, одразу видно, що повний розмах (разом із піками) помітно більший, загальний «шум» тут уже становить 40 і 80 мВ відповідно. Це не критично, і його майже повністю послабить навіть просто опір проводів, але в деяких ситуаціях (монтаж перетворювача безпосередньо на плату) це може мати значення.


На AliExpress такі платки коштують трохи дешевше. Можливо, Banggood також знизить ціну хоча б на лоти по 3–5 шт., але там же продаються й плати в дещо іншому виконанні, імовірно, для когось зручнішому. Ціна й параметри ті самі, але є опція вибору вихідної напруги.



Підсумки будуть дуже короткими.
Технічно плата працює й навіть видає заявлені параметри, але з деякими обмеженнями: наприклад, струм 4 А витримує лише короткочасно, тривалий струм — не більше ніж 3.5 А за 12 В і 3–3.2 А за вхідної напруги 7 В. Тривалий струм можна збільшити: для цього знизу плати є ділянка без паяльної маски, до неї можна припаяти який-небудь мідний язичок, але на велику різницю я б не розраховував — сам корпус мікросхеми не дає змоги відводити багато тепла.

Напругу тримає непогано, але за максимальних струмів навантаження може трохи її підвищувати. Пульсації вкладаються в заявлені 20 мВ, але, знову ж таки, з деякими «нюансами».

Передбачаю запитання: а в машині її можна використовувати? Відповідаю: я б не став, оскільки діапазон вхідної напруги не такий уже й великий, а в автомобільній мережі запросто бувають викиди, значно вищі за зазначені 18 В.


Ну, а в мене все. Сподіваюся, було корисно, і, як завжди, буду радий запитанням.