MP2359DJ — непоганий маленький ШІМ-контролер

Якось побачив на одному з форумів згадку про цей ШІМ-контролер. А оскільки я час від часу виготовляю різні електронні пристрої, то вирішив замовити його на пробу.
Ну а якщо вже замовив, та ще й отримав (останнім часом так буває не завжди), то перед підтвердженням отримання непогано було б його перевірити.
Опис, перевірка, результати — усе під катом.

Взагалі ці мікросхеми я отримав дуже давно, але час перевірити їх знайшовся лише зараз.
Замовив їх приблизно на Новий рік, а отримав 3 лютого.
Продавець приємно здивував мене кілька разів, тож у відгуку додам посилання на огляд.
Спочатку він швидко надіслав мікросхеми, а потім сам продовжив термін захисту замовлення, без нагадування.
Я написав йому, що отримав мікросхеми, але підтверджу отримання після перевірки.

Мікросхеми надійшли у звичайному паперовому конверті з пухирчастою плівкою, хоча нещодавно я отримав світлодіод у поліетиленовому пакеті взагалі без жодного захисту.


Друге, що здивувало: продавець поклав не 10 мікросхем, а 11. Начебто дрібниця — 20 центів, але приємно. Можна сказати, одна мікросхема на експерименти :)


Мікросхеми в корпусі SOT-23-6, маркування є з обох боків.
Зовні претензій у мене не виникло, хоча скотч, яким була обмотана стрічка, спочатку трохи насторожив.


Ця мікросхема — знижувальний ШІМ-контролер із вбудованим силовим транзистором

Спочатку технічні характеристики (переклад із даташита); повний даташит англійською доступний за посиланням.
Піковий вихідний струм — 1.2 Ампера
Опір внутрішнього польового транзистора — 0.35 Ома
Стабільна робота з вихідним керамічним конденсатором LowESR
ККД до 92%
Споживання в режимі очікування — 0.1мкА.
Фіксована робоча частота 1.4МГц
Захист від перегрівання
Обмеження максимального струму в кожному такті.
Діапазон вхідної напруги 4.5-24 Вольта
Вихідна напруга 0.81-15 Вольт

Типова схема ввімкнення містить небагато зовнішніх компонентів.
Звісно, є мікросхеми, де компонентів ще менше, але, як на мене, і так цілком нормально.


Внутрішня будова мікросхеми.
Мабуть, єдиний мінус мікросхеми (і то умовний) — те, що як силовий використано N-канальний транзистор. Це ускладнює схему: потрібен зовнішній конденсатор, а мікросхема не може забезпечити 100% цикл, оскільки потрібен час для перезаряджання зовнішнього конденсатора живлення драйвера.
Але таке рішення має і перевагу: N-канальні транзистори зазвичай мають кращі характеристики порівняно з P-канальними.

Ще одна велика перевага — низька опорна напруга, лише 0.81 Вольта. Пізніше поясню чому.


Є також ускладнена схема застосування цієї мікросхеми.
За вхідної напруги меншої за 5 Вольт бажано встановити додатковий діод D3.
За вихідної напруги меншої за 5 Вольт бажано встановити діод D2
В інших випадках додаткові компоненти не потрібні.


Вище я написав, що мікросхема має низьку опорну напругу.
Це дає змогу створити на її основі простий драйвер для світлодіодів.
Річ у тім, що що вища ця напруга, то більшими будуть втрати на шунті вимірювання струму. Так можна запустити більшість мікросхем, але що нижча напруга, то вищим буде ККД такого драйвера.
Та й загалом завжди краще мати запас у бік нижчих значень, адже більшість відомих мені простих ШІМ-контролерів мають опорну напругу 1.23-2.5 Вольта.


Оскільки мені треба було перевірити те, що я отримав, довелося зібрати невелику тестову платку.
Збирати вирішив за простим варіантом схеми, хоча й зі змінами, зумовленими тим, що збирав «із того, що було».
Зміни стосувалися конденсаторів.
Виробник рекомендує ємність вхідного та вихідного конденсаторів 10 і 22 мкФ, я використав 2х2.8 і 2х5.6 відповідно, тобто приблизно вдвічі менше.
Також рекомендується встановлювати конденсатор живлення драйвера приблизно на 10 нФ, а з додатковими діодами — до 1 мкФ, але я поставив 0,1 мкФ без жодних діодів.
Діод поставив також із того, що було, звичайнісінький SS34.
Рекомендується ставити дросель на 4.7 мкГн, а в мене був на 10 мкГн.

Тобто я свідомо погіршив характеристики перетворювача, а крім того, хотів перевірити, як поводиться мікросхема з номіналами, відмінними від зазначених у даташиті.


Спочатку я розвів свою друковану плату, але вона мені не сподобалася, тож вирішив зробити так, як рекомендує виробник.
Загалом трасування таких речей — справа досить відповідальна: мало просто з'єднати виводи відповідно до схеми, потрібно правильно дотриматися топології плати, адже це може впливати на багато чого.
Наприклад, неправильне трасування плати може збільшити пульсації напруги на виході, а може й зовсім призвести до повної непрацездатності пристрою.
Ось так плату бачить виробник.


А таку плату розвів я.


Ну, далі все, в принципі, просто. Плату виготовляв за технологією ЛУТ, про яку я писав тут.
Єдине — я якось забув, що плата вже травиться, і перетримав її, тому результат вийшов гіршим.
Для плати використовував текстоліт завтовшки 1 мм. До речі, текстоліт чудовий: коли плата витравлена, він напівпрозорий. Зараз шукаю такий текстоліт, бажано стандартний лист.


Підібрав компоненти.
Резистори дільника зворотного зв'язку можна легко розрахувати, зайшовши на цю сторінку, думаю, і без пояснень зрозуміло, що до чого :)
Вихідні дані — 5 В на виході, напруга на виході дільника — 0.81 В.
Я вибрав номінал верхнього резистора 10 кОм, програма видала номінал нижнього — 2 кОм.


Конденсатори випаяв із плати якогось монітора, дросель і діод — нові.


У результаті в мене вийшла невелика й майже акуратна платка.


Розміри плати — приблизно 23 х12,5 мм


Спочатку я протестував платку за допомогою «стенда», що складався з:
Блока живлення
Електронного навантаження
Мультиметра
Осцилографа
Безконтактного термометра

Було перевірено нагрівання та роботу під навантаженням.


Але оскільки мене цікавив не лише нагрів, а й ККД, довелося скористатися ще одним мультиметром.
Річ у тім, що амперметр блока живлення має більшу похибку, ніж мультиметр, а мені хотілося отримати точніші результати вимірювання.
Оскільки навантаження було незмінним, я згрупував фото вимірювання споживаного струму й осцилограми, отримані під час попереднього тесту.

Вхідна напруга 10 Вольт
1. Струм навантаження 0.6 Ампера, вихідна напруга 4.84 Вольта
2. Струм навантаження 1.2 Ампера, вихідна напруга 4.80 Вольта
В обох випадках пульсації були на межі чутливості, хоча щуп був у режимі 1:1.


Вхідна напруга 15 Вольт
1. Струм навантаження 0.6 Ампера, вихідна напруга 4.83 Вольта
2. Струм навантаження 1.2 Ампера, вихідна напруга 4.81 Вольта
Ситуація з рівнем пульсацій аналогічна першому тесту.


Вхідна напруга 20 Вольт
1. Струм навантаження 0.6 Ампера, вихідна напруга 4.83 Вольта
2. Струм навантаження 1.2 Ампера, вихідна напруга 4.81 Вольта
І знову рівень пульсацій на межі чутливості.


Після цього я перевірив плату ще в кількох режимах, але вже без фото.
1. Власне споживання перетворювача становить 1.3мА за напруги 10 Вольт і 1.4мА за 20 Вольт. Із цих 1.3-1.4мА близько 0.3мА споживає дільник зворотного зв’язку. Тож із власним споживанням (не в режимі очікування) усе чудово.
2. Перевірка роботи перетворювача в режимі КЗ. Вхідний струм споживання становить близько 0.1 Ампера в діапазоні вхідної напруги 10-20 Вольт. Мікросхема в цьому режимі починає нагріватися.
3. Оскільки в режимі КЗ мікросхема нагрілася, я перевірив і роботу термозахисту.
Коли температура корпусу мікросхеми сягнула приблизно 100 градусів (температуру такого дрібного компонента виміряти складно), мікросхема перейшла в режим старт/стоп із частотою близько 0.5Гц. Струм споживання під час пауз знижувався до 50мА.
Якщо прибрати перевантаження, мікросхема одразу переходила в нормальний режим роботи.

У даташиті знайшлася таблиця зі значеннями ККД у різних режимах.
Я перевіряв за дещо інших вхідних напруг, але не думаю, що це критично.
Як видно з графіка, максимальний ККД мікросхема має за вихідного струму близько 0.6 Ампера та вхідної напруги 12 Вольт.


Мої розрахунки показали, що перетворювач справді має ККД майже 92%, але за вхідної напруги близько 15 Вольт.
Але знову ж таки, зауважу: я використовував компоненти, які радше негативно, ніж позитивно вплинули на ККД, та навіть у такому варіанті ККД не падав нижче 87.7%.


Підсумок.
Переваги
Ціна
Коректне спрацьовування захисту від перевищення вихідного струму та КЗ
Так само коректна робота захисту від перегрівання
Непоганий ККД
Проста схема, немає потреби використовувати великі електролітичні конденсатори
Дуже низький рівень пульсацій
Робоча частота 1.4МГц
Низька напруга вбудованого ІОН, що становить 0.81 Вольта
Чудовий продавець

Недоліки
Хіба що неможливість 100% робочого циклу, оскільки потрібен час на заряджання конденсатора живлення драйвера.

Моя думка. Мікросхема сподобалася: недорога, проста, чудово працює, та й продавцеві — залік.
Звісно, є кращі мікросхеми — із синхронним випрямлячем, на більший струм, але мені більше й не потрібно було, а компактність, простота та ціна переважили ці переваги.
Загалом рекомендую.

Як додаткові матеріали пропоную архів із даташитом, схемою та трасуванням — посилання.