Преобразователь 5В 5А на базе TPS40057

Один из читателей попросил сделать обзор этого преобразователя, но как-то так получалось, что все предыдущие заказы были неудачны. И вот наконец-то я купил эту платку и протестировал её :)
В обзоре как всегда осмотр, тесты и выводы.


Для начала стоит сказать, что подобный преобразователь у меня уже был, только он там был дороже, зато с четырьмя USB выходами — обзор. Собственно потому все сказанное там, по большей части относится и к преобразователю из обзора.
Разница здесь только в конструкции, размерах и заявленном выходном токе. Там было 8А, здесь же продавец декларирует только 5А.

По цене они отличаются примерно в 2 раза, обозреваемый обошелся в 1.43 (включая доставку, она платная), а так как не всегда нужны USB разъемы, то разница существенная.

Упаковка представляла собой обычный антистатический пакетик, внутри аккуратная платка, немного меньше спичечного коробка.
Размеры — 45х30.5х16мм.


Преобразователь построен на базе ШИМ контроллера TPS40057, рядом видны два силовых транзистора TOSHIBA TPCA8053-H, 60В 15А и сопротивление в открытом состоянии 13.9мОм.


Контроллер TPS40057 позволяет строить на его базе понижающие преобразователи с синхронным выпрямлением. Работает на частоте до 1МГц, имеет внутри драйверы для управления полевыми транзисторами, термозащиту и защиту от перегрузки.


1. На входе платы установлен трехконтактный разъем для подключения питания и выхода. Лично на мой взгляд очень кривое решение, у предыдущего преобразователя земля была выведена на разные контакты и разъем стоял соответственно четырехконтактный.
2. Также на плате есть два электролитических конденсатора, 470мкФ 35В и конечно это дешевый Chang, который здесь почти никак не работает. Мало того, конденсатор на 35В при выходном 5 смотрится как-то странно.
3. А вот дроссель хороший, намотан медной шиной приличного сечения, правее виден диод для защиты от переполюсовки.
4. Снизу пусто, потому при необходимости плату наверное даже можно приклеить через двухсторонний скотч, хотя также есть и три крепежных отверстия.


Схему не перечерчивал, да и нет в этом особого смысла так как ну очень похожа на типовую схему из даташита.


Для тестирования использовался стенд, состоящий из блока питания на базе преобразователя RD6006 и электронной нагрузки EBD-A10H. Падение на входных проводах не учитывалось так как провода короткие, а для подключения нагрузки использовано четырехпроводное подключение.
При подаче питания на плате засвечивается красный светодиод, подключенный к выходу преобразователя.


Кроме всего прочего плата имеет защиту от работы при пониженном напряжении, старт при входном напряжении 8.2В, выключение при около 8.0В, т.е. имеется небольшой гистерезис.
При этом когда плата отключается, то входной ток падает почти до нуля, что позволяет использовать эту функцию как защитную от переразряда при питании от аккумуляторов. Например со сборкой 3S литиевых аккумуляторов и отключении при 8В получается 2.66В на ячейку, что вполне допустимо для большинства аккумуляторов.

В рабочем режиме собственное потребление около 16-17мА при 9 Вольт и 21-22мА при 24В.


Выходное напряжение чуть завышено, 5.05-5.08В, при этом плата отлично держит нагрузку вплоть до тока в 9.5А, напряжение при этом падает до 5.02В.
Нагрузочный график при входном 12В


При питании в 24В картина практически идентична.


КПД платы ожидался немного больше, чем я получил в тесте. Я измерял при двух входных напряжениях, 12 и 24В и в диапазоне нагрузок от 1 до 9А. Значения по горизонтали соответствуют току нагрузки в амперах.


После этого был термопрогрев, проводился он при входном напряжении 12В, сначала 20 минут при 50% нагрузке, потом 20 при 100% и еще 10 минут при 150% (7.5А).


Преобразователь вел себя неплохо, хотя нагрев входного диода был очень даже большим. Собственно это был самый греющийся компонент на плате.


У предыдущего преобразователя защита от переполюсовки была решена куда как более правильно, при помощи полевого транзистора, здесь же производитель сэкономил, поставив диод, пусть и Шоттки. Я считаю что более корректно в таком случае поставить диод параллельно питанию, установив перед ним предохранитель, но в итоге для второго теста просто закоротил его перемычкой.


Результат не замедлили проявиться, КПД сразу подрос, особенно при входном напряжении в 12В. На диоде при выходном токе в 9А и входном напряжении 12В терялось около 1.5Вт.


Интересно что график хоть и стал более похож на тот, что показан в даташите, но все равно заметно от него отличается, но там он и снимался для 24В входного, 3.3 выходного, другого диапазона токов, да и компоненты отличаются.


А вот нагрев понравился мне больше, даже при токе в 7.5А самая высокая температура была у одного из транзисторов, около 100 градусов. А ведь заявлен был ток до 5А.


Осциллограммы снимались в четырех режимах, при нулевом выходном токе, при 2.5, 5.0 и 7.5А. При этом размах пульсаций почти не менялся и составлял около 100мВ, разница была только в амплитуде кратковременных выбросов. У предыдущего преобразователя была примерно такая же картина, но размах пульсаций был примерно в два раза больше.

Ниже показаны две более интересные осциллограммы, на них вы не видите коротких выбросов. Эти осциллограммы снимались на выходном конденсаторе преобразователя при токах нагрузки 2.5 и 7.5А


На данном фото выходной конденсатор находится снизу.
Еще в самом начале обзора я посетовал что установили трехконтактный клеммник, но похоже что кроме всего прочего не совсем корректно развели печатную плату, например мне не очень нравится что от конденсатора идет длинная дорожка, а кроме того и по земляному проводнику есть узкие места, что как раз и может давать показанные выше эффекты.


У производителя в даташите разводка платы заметно отличается от показанной выше, но как минимум там плата раза в полтора больше.


А как максимум, в даташите плата четырехслойная, у «китайца» всего два слоя, что также может влиять на уровень пульсаций по выходу, особенно это касается коротких выбросов.


И тем не менее, плата очень понравилась и я однозначно рекомендую ее к покупке. Только вот пожалуй я бы также рекомендовал убрать (закоротить) входной диод, либо поставить его параллельно входу и добавить предохранитель, без него КПД выше, а нагрев соответственно ниже.
Если же нужны USB выходы, то подойдет плата из предыдущего обзора, также рекомендую к покупке, тем более что там есть «обманки» по USB портам, позволяющие давать команду устройствам чтобы они заряжались максимальными для них токами.

У меня на этом все, надеюсь что было полезно.