MP2359DJ неплохой мелкий ШИМ контроллер

Как обещал ранее, выкладываю обзор на радиолюбительскую тематику.
Увидел как то на одном из форумов упоминание о данном ШИМ контроллере. А так как я иногда занимаюсь изготовлением всяких электронных устройств, то решил заказать для пробы.
Ну а раз уж заказал, да еще и получил (в последнее время это происходит не всегда), то перед подтверждением получения ведь неплохо бы его и проверить.
Описание, проверка, результаты, все под катом.



Вообще получил я данные микросхемы очень давно, но проверить время нашлось только сейчас.
Заказаны они были в районе Нового года, а получил я их 3 февраля.
Продавец приятно удивил несколько раз, за что ему в отзыв будет добавлена ссылка на обзор.
Для начала он быстро выслал микрухи, а потом сам продлил срок защиты заказа, без напоминания.
На это я ему написал, что микросхемы получил, но подтверждение сделаю после проверки.

Пришли микросхемы в самом обычном бумажном конвертике с пупыркой, хотя недавно получил светодиод в полиэтиленовом пакете вообще без какой либо защиты.


Второе что удивило, продавец положил не 10 микросхем, а 11. Оно как бы мелочь, 20 центов, но приятно. можно сказать что одна микросхема на эксперименты :)


Микросхемы в корпусе SOT-23-6, маркировка присутствует с обеих сторон.
Внешне претензий у меня не возникло, хотя скотч, которым была замотана лента, сначала немного насторожил.


Данная микросхема является понижающим ШИМ контроллером со встроенным силовым транзистором

Для начала технические характеристики (перевод из даташита), полный даташит на английском доступен по ссылке.
Пиковый выходной ток — 1.2 Ампера
Сопротивление внутреннего полевого транзистора — 0.35 Ома
Стабильная работа с выходным LowESR керамическим конденсатором
КПД до 92%
0.1мкА потребление в дежурном режиме.
Фиксированная частота работы 1.4МГц
Защита от перегрева
Ограничение максимального тока в каждом такте.
Диапазон входного напряжения 4.5-24 Вольта
Выходное напряжение 0.81-15 Вольт

Типовая схема включения имеет небольшое количество внешних компонентов.
Есть конечно микросхемы где компонентов еще меньше, но как по мне, то и так вполне нормально.


Внутреннее устройство микросхемы.
Пожалуй из минусов микросхемы (и то условно) можно назвать лишь то, что в качестве силового применен N канальный транзистор. Это добавляет сложности, необходимость применения внешнего конденсатора и невозможность микросхеме обеспечить 100% цикл, так как необходимо время для перезарядки внешнего конденсатора питания драйвера.
Но у такого решения есть и плюс, N канальные транзисторы обычно имеют лучшие характеристики в сравнении с Р канальными.

Также большим плюсом является низкое опорное напряжение, составляющее всего 0.81 Вольта, позже я объясню почему.


Также есть и усложненная схема применения этой микросхемы.
При входном напряжении менее 5 Вольт желательно установить дополнительный диод D3.
При выходном напряжении менее 5 Вольт желательно установить диод D2
В остальных ситуациях дополнительные компоненты не требуются.


Выше я написал что микросхема имеет низкое опорное напряжение.
Это позволяет сделать на ее базе простой драйвер для светодиодов.
Дело в том, что чем выше это напряжение, тем больше будут потери на токоизмерительном шунте. Запустить так можно большинство микросхем, но чем напряжение ниже, тем выше будет КПД такого драйвера.
Да и просто всегда лучше иметь запас в нижнюю сторону, так как большая часть известных мне простых ШИМ контроллеров имеет 1.23-2.5 Вольта.


Так как мне надо было проверить то, что я получил, то пришлось собрать небольшую тестовую платку.
Собирать я решил по простому варианту схемы, хотя и с изменениями, обусловленными тем, что собирал «из того, что было».
Изменения коснулись конденсаторов.
Производитель рекомендует емкость входного и выходного конденсатора 10 и 22мкФ, я применил 2х2.8 и 2х5.6 соответственно, т.е. примерно в 2 раза меньше.
Также конденсатор питания драйвера рекомендуется ставить около 10нФ, с дополнительными диодами до 1мкФ, но я поставил 0,1мкФ без всяких диодов.
Диод поставил также из того что было, банальный SS34.
Дроссель рекомендуется ставить на 4.7мкГн, у меня был на 10мкГн.

Т.е. я сознательно ухудшил характеристики преобразователя, а кроме того хотел проверить как ведет себя микросхема при номиналах отличных от даташита.


Печатную плату я сначала страссировал свою, но она мне не нравилась и я решил сделать так как рекомендует производитель.
Вообще трассировка таких вещей дело довольно ответственное, мало просто соединить выводы как надо по схеме, требуется соблюсти правильно топологию платы, так как это может влиять на многие вещи.
Например неправильная разводка платы может увеличить пульсации напряжения на выходе, а может вовсе привести к полной неработоспособности устройства.
Так видит плату производитель.


А такую плату страссировал я.


Ну дальше все в принципе просто. плата изготавливалась по ЛУТ технологии, которую я описывал здесь. Только после того я уже купил еще бумаги, самое недорогое предложение оказалось как ни странно в магазине Бангуд, рекомендую.
Единственно, я как то забыл про то что у меня травится плата и передержал ее, потому результат вышел хуже.
Для платы использовался текстолит толщиной 1мм. Кстати. Текстолит отличный, когда плата вытравлена, то он полупрозрачный, сейчас ищу такой текстолит, желательно стандартный лист.


Подобрал компоненты.
Резисторы делителя обратной связи можно легко рассчитать зайдя на эту страничку, думаю понятно и без объяснений что есть что :)
Исходные данные — 5 Вольт на выходе, 0.81 Вольта напряжение на выходе делителя.
Я выбрал номинал верхнего резистора 10к, программа выдала номинал нижнего как 2к.


Конденсаторы выпаяны из платы от какого то монитора, дроссель и диод новые.


В итоге у меня получилась небольшая и почти аккуратная платка.


Размеры платы около 23 х12,5мм


Сначала я протестировал платку при помощи «стенда», состоящего из:
Блока питания
Электронной нагрузки
Мультиметра
Осциллографа
Бесконтактного термометра

Был протестирован нагрев и работа под нагрузкой.


Но так как кроме нагрева меня интересовал еще и КПД, то пришлось воспользоваться еще одним мультметром.
Дело в том, что амперметр блока питания имеет больше погрешность чем мультиметр, а мне хотелось получить более точные результаты измерения.
Так как нагрузка была неизменна, то я сгруппировал фото измерения потребляемого тока и осциллограммы, полученные в прошлом тесте.

Входное напряжение 10 Вольт
1. Ток нагрузки 0.6 Ампера, выходное напряжение 4.84 Вольта
2. Ток нагрузки 1.2 Ампера, выходное напряжение 4.80 Вольт
В обоих случаях пульсации были на грани чувствительности при том, что щуп стоял в режиме 1:1.


Входное напряжение 15 Вольт
1. Ток нагрузки 0.6 Ампера, выходное напряжение 4.83 Вольта
2. Ток нагрузки 1.2 Ампера, выходное напряжение 4.81 Вольта
Ситуация с уровнем пульсаций аналогична первому тесту.


Входное напряжение 20 Вольт
1. Ток нагрузки 0.6 Ампера, выходное напряжение 4.83 Вольта
2. Ток нагрузки 1.2 Ампера, выходное напряжение 4.81 Вольта
И опять уровень пульсаций на грани чувствительности.


После этого я проверил плату еще в нескольких режимах, но уже без фото.
1. Собственное потребление преобразователя составляет 1.3мА при 10 Вольт и 1.4мА при 20 Вольт. Из этих 1.3-1.4мА около 0.3мА потребляет делитель обратной связи. Так что с собственным потреблением (не в дежурном режиме) все отлично.
2. Проверка работы преобразователя в режиме КЗ. Ток потребления по входу составляет около 0.1 Ампера в диапазоне входного напряжения 10-20 Вольт. Микросхема в этом режиме начинает нагреваться.
3. Так как в режиме КЗ я получил нагрев микросхемы, то проверил и работу термозащиты.
После достижения температуры корпуса микросхемы около 100 градусов (сложно измерять температуру такого мелкого компонента), микросхема перешла в старт/стоп режим с частотой около 0.5Гц. Ток потребления в паузах снижался до 50мА.
Если убрать перегрузку, то микросхема сразу переходила в нормальный режим работы.

В даташите была найдена табличка со значениями КПД а разных режимах.
Я проверял при немного других входных напряжениях, но не думаю что это критично.
Как можно видеть из графика, максимальный КПД микросхема имеет при выходном токе около 0.6 Ампера и входном напряжении 12 Вольт.


Мои расчеты показали, что преобразователь реально имеет КПД почти 92%, но при входном напряжении около 15 Вольт.
Но опять же, оговорюсь, я использовал компоненты, которые на КПД сказались скорее отрицательно, чем положительно, но даже в таком варианте КПД не падал ниже чем 87.7%.


Резюме.
Плюсы
Цена
Корректная отработка защиты от превышения выходного тока и КЗ
Не менее корректная работа защиты от перегрева
Неплохой КПД
Простая схема, нет необходимости применять большие электролитические конденсаторы
Очень низкий уровень пульсаций
Частота работы 1.4МГц
Низкое напряжение встроенного ИОНа, составляющее 0.81 Вольта
Отличный продавец

Минусы
Пожалуй невозможность 100% рабочего цикла, так как требуется время на зарядку конденсатора питания драйвера.

Мое мнение. Микросхема понравилась, недорого, просто, отлично работает, да и продавцу зачет.
Конечно есть микросхемы лучше, с синхронным выпрямителем, на больший ток, но мне больше не надо было, а габарит, простота и цена перевесили эти преимущества.
В общем рекомендую.

В качестве дополнительных материалов предлагаю архив с даташитом, схемой и трассировкой — ссылка.