Компактный высокоэффективный понижающий преобразователь на базе MP2225

У меня уже были обзоры различных преобразователей, как больших и мощных, так и совсем мелких и сегодня я буду ковырять совсем компактный вариант довольно мощного преобразователя с выходным током до 4А.
Тесты, осциллограммы, графики, впрочем как обычно :)



Обзор будет сегодня совсем компактным, ну примерно как и обозреваемый преобразователь. Собственно про него много и написать сложно, да и наверное нет особого смысла.

Характеристики со страницы товара
Входное напряжение: 6,5 В-16 В
Выходное напряжение: 5,3 В
Эффективность: до 98%
Выходной ток: 0 ~ 4A
Точность напряжения: <1%
Регулировка нагрузки: <0,5%
Выходной шум пульсации: <20 мВ
Статическое энергопотребление: <500 мкА
Рабочая среда: -40 ℃ ~ 85 ℃

Упакован в небольшой пакетик, наверное отчасти чтобы его просто не потеряли, настолько он компактен, думаю это видно на фото с коробком. Размеры платы 18х13.5мм


Построен он на базе ШИМ контроллера с интегрированным силовым ключом и синхронным выпрямителем — MP2225


Плата крошечная, кроме ШИМ контроллера на ней есть еще резисторы обратной связи, входной и выходной конденсаторы, а также резистор подтяжки входа Enable. По умолчанию контроллер в режиме «включен», для выключения надо соединить вход EN с землей.


Схема включения контроллера проста до безобразия, кроме вышеперечисленных компонентов есть еще бутстрепный конденсатор драйвера силового транзистора и конденсатор для внутреннего стабилизатора напряжения.
Здесь же показан график зависимости КПД от входного напряжения и тока нагрузки. Кстати, в даташите максимальное входное напряжение указано до 18 вольт, в описании товара только до 16.



На блок схеме видно что используется синхронный выпрямитель, этим и достигается высокий КПД, также отмечу, что работает преобразователь на частоте 500кГц, за счет этого могут быть существенно уменьшены размеры дросселя, что также положительно сказывается на эффективности.


Для испытаний я припаял к плате как провода, так и толстые выводы, к которым буду подключать нагрузку. Цель — наиболее корректно измерять напряжение на выходе платы.


В рабочем режиме плата выдает 5.35 вольта, что немного непривычно, так как чаще используется стандартный ряд напряжений, 3.3, 5.0 и т.д. Собственное потребление отдельно не измерял, но блок питания вообще не регистрирует какого либо тока в нагрузке.
При 12 вольт питании потребление 405мкА в обычном режиме и 120мкА когда вход EN замкнут на землю.


Сначала нагрузочные тесты и попутно измерение зависимости выходного напряжения от тока нагрузки.

Входное напряжение 12В, защита отработала при токе 4.5А, напряжение почти во всем диапазоне держалось очень стабильно, фактически разница была в третьем знаке, но при токах нагрузки более 4.2А начало немного расти.


У платы заявлено минимальное входное напряжение 6.5В, здесь все примерно также с той лишь разницей что плата отключилась уже при 3.8А.


Но конечно мне было любопытно как преобразователь поведет себя при еще более низких напряжениях, например при 6В, что соответствует минимальному напряжению сборки 2S литиевых аккумуляторов. Конечно у такой сборки напряжение может быть и ниже, но эффективный диапазон для литиевых аккумуляторов все таки ближе к 3-4.2В.

Собственно результаты были почти такие же как и при 6.5В, но при токе более чем 2.4А напряжение на выходе начало постепенно снижаться, плата отключилась при токе более чем 3.4А.


КПД, как же не протестировать этот параметр если он и является определяющим как для данного чипа, так и для сферы применения, а это часто устройства с аккумуляторным питанием где каждая капля энергии на счету.

Производитель приводит в даташите весьма симпатичные графики, в анонсах пишут что эффективность до 98%, но если присмотреться, то можно заметить, что подобная эффективность достигается в ну очень узком диапазоне нагрузок.


Я проверял эффективность при двух вариантах входного напряжения, 6.5 и 12В и в диапазоне токов нагрузки 0.25-4А, соответственно шкала внизу кратна току 0.25А.
Выяснилось что при входном 12 вольт эффективность максимум 96%, при 6.5В она выше при малых и средних токах нагрузки, но по мере роста тока становится такой же как и при 12 вольт.


Так как тест измерения КПД довольно длительный, то я получил как заметный нагрев платы, так и отключение уже при других токах нагрузки, например при 12В входном плата выключилась уже при 4.25А, хотя «на холодную» без проблем выдала 4.5А. Соответственно при меньшем напряжении этот порог также был снижен.


Тест при длительной нагрузке дал интересные результаты, оказалось что:
1. При 12В и токе нагрузки 2А нагрев совсем небольшой, около 50 градусов.
2. При том же напряжении и токе 4А плата быстренько ушла в «отключку», потому тест пришлось проводить уже при токе 3.5А, температура ШИМ контроллера при этом была около 105-108 градусов.
3. Далее я остудил плату и попробовал работу при входном 7 вольт и нагрузке 3.5А, плата также относительно быстро отключилась, потому тестировал при токе 3А, температура контроллера была 83-87 градусов.

Все тесты проводились примерно по 15-20 минут, что для прогрева такой компактной платы более чем достаточно.


Пульсации, опять же весьма немаловажный параметр, хотя на мой взгляд в данном случае менее решающий чем КПД.
Изначально проверял при питании от импульсного БП, но показалось что пульсации великоваты, потому в итоге тестировал от линейного БП, нагрузку при этом отключил от компьютера и перевел в режим прямого управления чтобы еще уменьшить возможные влияния.


Без нагрузки на выходе небольшая «пила» с размахом около 20мВ и частотой 300Гц.


А это уже под нагрузкой, ток соответственно 2 и 4А или 50 и 100% нагрузки.
1, 2. Пульсации на ВЧ. В общих чертах нормально, плата вписывается в заявленные 20мВ.
3, 4. Но вот если посмотреть на низкой частоте развертки, то сразу видно что полный размах (вместе с пиками) заметно выше, общий «шум» здесь уже 40 и 80мВ соответственно. Это не так чтобы критично и будет почти полностью ослаблено даже просто на сопротивлении проводов, но в некоторых ситуациях (монтаж преобразователя прямо на плату) может иметь значение.


На Али такие платки стоят немного дешевле, возможно банггуд также снизит цену хотя бы на лотах по 3-5шт, но кроме того там же продаются платы в немного другом исполнении, вероятно для кого-то более удобном, цена и параметры те же самые, но есть опция выбора выходного напряжения.


Итоги будут очень короткими.
Технически плата работает и даже выдает заявленные параметры, но с некоторыми ограничениями, например ток 4А может только кратковременно, длительно не более 3.5А при 12В и 3-3.2А при 7В входном. Увеличить длительный ток можно, для этого снизу платы есть площадка не закрывая маской, туда припаять какой нибудь медный лепесток, но на большую разницу я бы не рассчитывал, сам корпус микросхемы не позволяет отводить много тепла.

Напряжение держит неплохо, но при максимальных токах нагрузки может его немного поднимать. Пульсации вписываются в заявленные 20мВ, но опять же, с некоторыми «нюансами».

Предвижу вопрос — а в машине её можно использовать? Отвечаю — я бы не стал так как диапазон входного напряжения не такой уж большой, а в автомобильной сети запросто бывают выбросы куда выше чем указанные 18 вольт.

Ну а так у меня все, надеюсь что было полезно и как всегда буду рад вопросам.