标称电流为10 A的DC-DC降压模块

新年前，读者就请我评测两款转换器。
这事对我来说倒不难，自己也挺好奇，于是下单、收货、测试。
不过我更感兴趣的是另一款转换器，只是一直没腾出手来，留待下次再说。
今天就来评测一款简单的DC-DC转换器，标称电流为10 A。

先向那些等这篇评测等了很久的读者道个歉，文章拖了这么久才发布。

先看看商品页面上标注的参数，再简单说明并做些修正。
输入电压：7-40 V
1，输出电压：连续可调（1.25-35 V）
2，输出电流：8 A，最大可达10 A；当功率管温度超过65度时，请加装散热风扇。24 V转12 V、5 A时，一般在室温下无需风扇即可使用。
3，恒流范围：0.3-10 A（可调）。模块温度超过65度时，请加装风扇。
4，指示灯熄灭电流：电流设定值×0.1。本版本固定为0.1倍（实际上指示灯熄灭对应的电流值可能不太准确），用于指示充电完成。
5，最小压差：1 V
6，转换效率：最高约95%（输出电压越高，效率越高）
7，工作频率：300 kHz
8，输出纹波：约50 mV（无噪声），20 MHz带宽（供参考）；输入24 V、输出12 V、5 A时实测。
9，工作温度：工业级（-40 ℃至+85 ℃）
10，空载电流：典型值20 mA（24 V降至12 V）
11，负载调整率：±1%（恒定）
12，电压调整率：±1%
13，恒流精度与温度：实测模块温度从25度升至60度时，电流变化小于5%（电流设定值为5 A）

我来把这些参数换成更容易理解的说法。
1. 输出电压调节范围：1.25-35 V
2. 输出电流：8 A；也可以达到10 A，但需要加装风扇散热。
3. 电流调节范围：0.3-10 A
4. 充电指示灯熄灭阈值：设定输出电流的0.1倍。
5. 输入与输出电压之间的最小压差：1 V（推测值）
6. 效率：最高95%
7. 工作频率：300 kHz
8. 输出电压纹波：输入24 V、输出12 V、电流5 A时为50 mV。
9. 工作温度范围：-40 ℃至+85 ℃。
10. 自身功耗电流：最高20 mA
11. 恒流精度：±1%
12. 稳压精度：±1%
13. 参数在25-60度的温度范围内进行了测试，负载电流为5 A时，变化小于5%。

包裹装在普通的塑料袋里，外面仔细缠了好几层发泡聚乙烯带。运输过程中没有任何损坏。
里面就是我的测试样品。


外观上挑不出什么毛病。我拿在手里翻来覆去看了看，几乎找不到可挑剔的地方，做工挺规整。要是再把电容换成大牌的，我就要说它很漂亮了。
电路板一侧装有两个接线端子，分别用于电源输入和输出。


另一侧有两个微调电阻，用来调节输出电压和电流。


看店铺里的照片，这块电路板似乎挺大的。
前面两张照片我也特意拍了特写。不过，只有把火柴盒放在旁边，才能真正看出它有多大。
这块板子确实很小。我下单时没看尺寸，不知怎么的，总觉得它会大不少。:)
电路板尺寸：65×37 mm
转换器尺寸：65×47×24 mm


电路板为双层板，双面贴装。
焊接方面也没发现问题。有时大焊盘会出现焊接不良，不过从照片上能看出，这块板子没有这种情况。
不过元件没有编号，但我觉得问题不大，电路相当简单。


除了功率器件，电路板上还有一颗运算放大器，由78L05稳压器供电；此外还有一个用TL431搭建的简易基准电压源。


电路板上装有一颗大功率PWM控制器XL4016E1，而且它甚至与散热片绝缘。
我不知道厂家为什么要把芯片与散热片隔开，因为这样会降低散热效果。也许是出于安全考虑，但这块板通常会嵌入其他设备里，我觉得这样做有些多余。


这块板的设计输出电流相当大，因此功率二极管采用了功率较大的二极管组件MBR20100CT，它也装在散热片上，并且同样做了绝缘处理。
我觉得这是个很不错的方案，不过稍微改进一下会更好：用耐压60 V的组件，而不是100 V的。

电感不算大，不过从这张照片可以看出，它是用两根线绕制的，这已经很不错了。


1、2：输入端装了两个470 µF、50 V的电容，输出端则是两个1000 µF、35 V的电容。
如果对照标称参数，输出端电容的耐压确实有些勉强。不过应该没人会把电压从40 V降到35 V；更何况40 V已经是这颗芯片允许的最大输入电压。
3. 输入和输出接口都标了名称，不过标在电路板背面，这倒不是什么大问题。
4. 但微调电阻完全没有标注。
左边调节最大输出电流，右边调节电压。


现在我们来看看标称参数，再对照一下实际情况。
前面我提到过，这款转换器采用了大功率PWM控制器，更准确地说，是内置功率晶体管的PWM控制器。
前面也引用过电路板的标称参数，下面我们来逐项分析。
标称参数——输出电压：连续可调（1.25-35 V）
这一项没问题，理论上转换器能输出35 V，甚至36 V。
标称参数——输出电流：8 A，最大10 A
这一项就有问题了。芯片厂商明确标出最大输出电流为8 A。芯片参数中确实有一项写着“最大电流限制：10 A”，但这绝不是最大工作电流，10 A只是极限值。
标称参数——工作频率：300 kHz
300 kHz当然很不错，电感可以做得更小。不过抱歉，数据手册明确写着固定频率为180 kHz，300 kHz是从哪儿来的？
标称参数——转换效率：最高约95%
这一项倒是没问题，效率最高可达95%。厂家甚至标称最高96%，不过那只是理论值，而且要满足特定的输入、输出电压比例。


这里还有PWM控制器的框图，甚至附有一个应用实例。
顺便说一下，从这里可以清楚看到，8 A电流需要使用额定电流至少为12 A的电感，也就是输出电流的1.5倍。我通常建议留出2倍余量。
这里还说明，输出二极管可以选用耐压45 V的型号。耐压100 V的二极管通常压降更大，因此会降低效率。
如果想提高这块板的效率，可以从旧电脑电源里拆一些二极管，比如20 A、45 V的，甚至40 A、45 V的。


一开始我不想画电路图，电路板上面被元件、阻焊层和丝印挡得严严实实。不过后来我看了看，发现重画电路图完全可行，于是决定不打破传统：）
我没有测量电感的电感量，47µH是从数据手册上查到的。
电路中使用了一颗双运算放大器，第一部分用于调节和稳定电流，第二部分用于指示。可以看到，第二颗运放的输入端通过1:11分压器连接。虽然说明中标的是1:10，但我觉得这点差别无关紧要。


第一次空载测试。电路板出厂时的输出电压设为5 V。
在12～26 V的输入电压范围内，输出电压都很稳定。由于电源的电流表无法显示，耗电电流低于20 mA。


当输出电流低于设定值的1/10（1/11）时，LED会亮红灯。
这种指示方式常用于电池充电：如果充电过程中电流降到1/10以下，通常就认为充电已经结束。
也就是说，设定充电电流为4 A后，红灯会一直亮着，直到电流降到400 mA以下。
不过要注意，电路板只是指示电流下降，并不会切断充电电流，电流还会继续降低。


为了测试，我搭了个小测试台，用到的设备有：
可调电源
电子负载
示波器
万用表
非接触式温度计
热成像仪
还有一支笔和一张纸，链接找不到了：）

不过测试过程中，我最后还不得不换用这台可调电源，因为我发现自己的实验导致大功率电源在1～2 A范围内的电流测量／设定线性度出了问题。
最后，我先测试了温升并评估了纹波水平。


这次的测试方式和往常稍有不同。
我测量了散热器上靠近功率元件位置的温度，因为元件安装得很密，难以直接测量元件本身的温度。
此外，还测试了以下几种工作状态：
输入—输出—电流
14 V—5 V—2 A
28 V—12 V—2 A
14 V—5 V—4 A
以此类推，直到电流达到7.5 A。

为什么要用这么绕的方式测试呢？
1.我不确定这块电路板是否可靠，所以逐步提高电流，并交替测试不同的工作状态。
2.选择14 V转5 V和28 V转12 V，是因为这两种是最常见的工作状态之一：14 V（乘用车车载电网的大致电压）转5 V（平板电脑和手机的充电电压）；28 V（卡车车载电网电压）转12 V（也是很常用的电压）。
3.我一开始打算一直测到它关机或烧毁，但后来计划有变，我想把这块电路板上的一些元件另作他用，所以只测到了7.5 A。不过最终这并没有影响测试结果的准确性。

下面放几组照片，展示5 V、2 A和5 V、7.5 A时的测试情况，以及相应的纹波水平。
2 A和4 A时的纹波差不多，6 A和7.5 A时也差不多，所以中间档位的结果就不放了。


和上面一样，只是输入为28 V，输出为12 V。


输入电压为28 V、输出电压为12 V时的温升情况。
可以看出，继续增大电流已经没有意义了，热像仪显示PWM控制器的温度已经达到101度。
我自己会设定一个限值：元件温度不应超过100度。当然，这取决于元件本身。例如，晶体管和二极管组件在更高温度下也可以安全工作，但芯片最好不要超过这个温度。
照片上确实不太看得清，电路板非常紧凑，而且动态画面里会稍微清楚一些。


我觉得这块电路板可能会被用作充电器，于是估算了一下它在这种情况下的工作表现：输入为19 V（笔记本电源的典型电压），输出为14.3 V、5.5 A（汽车电池充电的典型参数）。
这次一切都很顺利，嗯，几乎没出问题，后面再说。


我把测得的温度结果整理成了表格。
从测试结果来看，我建议电流不要超过6 A，至少在没有额外散热的情况下不要超过。


前面我提到过一些异常情况，现在解释一下。
测试过程中，我发现电路板在某些情况下表现得有点不正常。
1.2 将输出电压设为12 V，负载电流设为6 A，过了15–20秒，输出电压就降到了11 V以下，只好重新调整。
3、4 输出设为5 V，输入为14 V；把输入电压升到28 V后，输出电压降到了4 V。左图电流为7.5 A，右图为6 A，不过电流并不起作用：带载升高输入电压时，电路板会“拉低”输出电压。


之后我决定测一下这款设备的效率。
厂家给出了不同工作模式下的曲线。我关注的是输出为5 V和12 V、输入为12 V和24 V的曲线，因为这些条件最接近我的测试设置。
具体标称数据如下：
输入12 V、输出5 V时
2 A — 91%
4 A — 88%
6 A — 87%
7.5 A — 85%

输入24 V、输出12 V时。
2 A — 94%
4 A — 94%
6 A — 93%
7.5 A — 未标称。


接下来做的测试本来很简单，不过有几个细节需要说明。
5 V测试一切正常。


12 V测试则出现了一些异常，下面详细说说。
1. 输入28 V，输出12 V，2 A，一切正常
2. 输入28 V，输出12 V，4 A，一切正常
3. 将负载电流提高到6 A，输出电压降至10.09 V
4. 再次调高输出电压，将其恢复到12 V。
5. 将负载电流提高到7.5 A，电压又下降了，只好再次调整。
6. 不作调整，将负载电流降至2 A，输出电压升到了16.84 V。
一开始我想展示它在空载时升到17.2 V的情况，但觉得这样不太严谨，所以放了带载时的照片。
唉，真让人失望 :(


顺便测了一下用笔记本电源给汽车蓄电池充电时的效率。
不过这里也遇到了一些特殊情况。起初我把输出电压设为14.3 V，做完温升测试后就把电路板放到一边了。后来才想起来还想测一下效率。
我接上已经冷却的电路板，发现输出电压约为14.59 V；随着电路板升温，电压降到了14.33～14.35 V。
也就是说，实际上这块电路板的输出电压不稳定。对于铅酸电池来说，这样的偏差不算太要紧，但绝对不能用这块电路板给锂电池充电。


我做了两组效率测试。
它们基于两组测量结果，不过最终数值相差不大。
P输出是计算得出的输出功率，输入电流数值经过了取整；P输出DCL是电子负载测得的输出功率。输入和输出电压均直接在电路板的接线端子上测量。
因此得到了两组效率测量结果。无论如何都能看出，效率与标称值大致相当，不过略低一些。
再把数据手册中的标称值列一遍：
输入12 V，输出5 V：
2 A——91%
4 A——88%
6 A——87%
7.5 A——85%

输入24 V，输出12 V：
2 A——94%
4 A——94%
6 A——93%
7.5 A——未标明。

实际测出来的结果如下。我觉得如果把大功率二极管换成耐压更低的型号，再换上额定电流更大的电感，效率应该还能再提高几个百分点。


差不多就这些了，我甚至知道读者们在想什么——
这么多测试和看不懂的照片干什么？直接说结论，到底能不能用？:)
某种程度上，读者说得没错。说到底，这篇评测完全可以删掉一半到三分之二，去掉一部分测试照片。不过我已经习惯这么写了，还请见谅。

下面总结一下。
优点
做工相当不错
体积小巧
输入和输出电压范围宽。
带有充电结束指示（充电电流下降时触发）
电流和电压可平滑调节（输出电压可以轻松调到0.1 V的精度）
包装很不错。

缺点。
电流超过6 A时，最好加装辅助散热。
最大电流不是10 A，而是8 A。
输出电压稳定精度较低，可能会受负载电流、输入电压和温度影响。
电路板有时会发出啸叫声，而且只在很窄的调节范围内出现。比如我把输出电压从5 V调到12 V，调到9.5～10 V时就会轻轻地吱吱响。

特别提醒：
这块电路板只能显示电流下降，不能停止充电，它本质上只是一个转换器。

说说我的看法。老实说，刚拿到这块电路板时，我把它拿在手里翻来覆去地看，原本还想夸几句。做工整洁，也没什么明显的问题。接上电后，我也没太想批评它：会发热嘛，所有这类模块都会发热，这本来就正常。
但看到输出电压受各种因素影响、上下乱跳时，我就失望了。
我不打算调查这些问题，因为这应该由靠它赚钱的生产商来解决。不过我猜问题可能出在以下几点：
1. 反馈走线太长，几乎绕着电路板边缘走了一圈
2. 微调电阻紧挨着发热的电感
3. 电感正好位于“精密”电子元件集中的区域上方。
4. 反馈回路中使用的不是精密电阻。

结论：用于要求不高的负载完全没问题，6 A以内肯定可以，表现不错。也可以把它当作大功率LED的驱动器，效果应该很好。
把它当充电器用就很不靠谱，有些情况下甚至很危险。铅酸电池或许还能承受这样的电压波动，但不能用它给锂电池充电，至少未经改装时不行。

就写到这里，和往常一样，欢迎留言、提问和补充。

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