三款buck拓扑dc-dc降压模块性能对比，细节电路原理介绍，影响效能原因分析

qrut

之前测了几款dc-dc模块，有坛友希望我再多测试几款以便参考，于是抽时间再对比三款buck拓扑dc-dc降压模块的性能，介绍一下电路原理细节，并对影响效能的原因加以分析。
几块模块都是马宝购得的成品廉价模块，都可以用签到红包抵扣，到手都1，2块钱。

先第一款mp1482方案的buck同步降压模块，外观非常小巧。



商家商品名mini360，使用8脚同步降压ic ，4.75v-18v输入，0.923-15v 2a（卖家标称3a峰值）输出。



体积



夹好测试



12v左右输入，静态10ma（这个和输出电压，取样电阻取值都有关，仅供参考）。



调到5v输出


直接12v输入1.5a输出，输入功率8.486w。  电压略高于12v为了减小线损对输入电压的影响，更接近12v输入时的真实工作状态。



输出7.571w，效率约89.2%（真实效率比这个略高，要考虑线损带来的影响，后面测试都是忽略线损的影响）。不能算低，但是对于同步降压来说还是有点低，后面会说明原因。



运行3分钟后热成像看下温升（热成像没配微距镜效果比较差），周围环境温度大概30度左右，板子电感温度43度，升压ic已经93.6度了，这个温度非常高了。



2a带载测试，输入11.678w



输出10.084w，效率86.3，降低不少。



3分钟后电感温度达到惊人的121度，升压ic 温度快150度了，效率不算低为啥会这么热？因为板子太小了，导致散热面积不够热量堆积造成高温，说明这个成品模块裸板最大输出电流一定要控制在1.5a以内，而且是极限了，2a的规格书最大输出在这个板子上是做不到的，长期运行过热不可避免。



3a的峰值也测一下，输入17.947w。



输出14.911w，效率83%，更加的低了，而且输出状态仅维持了3秒就过热打嗝保护了。 作为同步降压方案，效率已经很低了，温度就不测了必需高到了离谱了。



下面是资料，pwm频率340khz，在dc-dc里已经属于低频了。



红框输出电压计算公式，fb基准0.923v，这个决定最低输出电压。

下面分析一下为啥效率不算高，红圈两颗nmos，分别上管和下管，可以看到rdson高达0.13欧，导通压降太大了，并且随着输出电流加大压降进一步增大，下管续流峰值达到0.5w左右，这么高的耗散功率，对于sop8和这么小的板子必然导致高温高热。



下面是改进原理图，可以看到增加了一颗续流二极管，由于上下管导通切换存在死区时间，上下管同时关闭时降压电感续流没有回路，因此由下管体二极管提供续流，这多少导致ic本身温升会增加那么一点儿，外部加入一颗性能更好的续流二极管会对ic下管体二极管分流，减轻ic发热，对ic最高温度降低有一点儿帮助。自举电容用于上管浮栅驱动，此ic支持过热保护，支持软启动，有补偿网络，但是额定电流效率不高，只适合小体积小电流输出场合。

第二款，更加古老的lm2596，之所以介绍这款，也是因为马宝卖的较多，外观。



这个pwm频率更低（150khz），因此体积较大。最大40v输入，1.27-37v输出 ，标称最大输出电流3a。



非同步降压方案，用的二极管续流，这个板子用了一颗ss34.



输出电压可调，滤波电解滤波。



庞大的电感和可调



背面



体积



准备测试



12v输入静态8ma



输出同样调到5v左右



为了统一测试也是先1.5a输出，输入功率10.618w。



输出7.472w，效率70.37%，很低。



运行3分钟后 2596温度82度，那颗肖特基高达87度，看似比上个温度要低，但是这只是表象，这么低的效率能维持这个温度都得益于较大的体积，并不说明这个模块更好，



2a带载，输入13.445w。



输出9.828w，效率73%，效率反倒提升了，为啥？后面会说。



但是这点效率的提升仍旧不能抵消输出电流加大带来的发热上升，芯片已经93度了，ss34已经能烧开水了。最大裸板工作电流和上一款也差不多1.5a左右吧，再大就得加强散热。


3a输出，输入功率20.648w。



输出14.662w，效率71%，3a测试由于板子只能短时间工作，不能测量3分钟温升，温度突破100多度是没有悬念的。




下面2596资料，原理图cff是个知识点，和反馈采样网络上臂电阻并联，提高越阶负载时的响应速度和输出电压稳定性，当工作负载突然大幅加重会导致反馈网络延迟滞后，需要一段时间的波动才能调整过来，r2并联一颗电容后由于电容高频容抗减小，会使和r2并联的等效阻抗变小，高动态负载变化属于高频范畴，因此cff容抗减小会使fb反馈回路增益加大，ic内部比较器加速反应，使输出快速稳定下来。cff取值每个方案有特定计算公式或推荐值，一般在pf-nf级别取值。2596 cff前馈电容计算公式c=1/(31x10^3xr2) ，取值不能过大，过大会自激。






效率低下的原因在于开关管用的三极管，开通有高达0.3v左右的压降，因此效率极低。属于淘汰方案，因此不推荐购买。上面2a带载测试效率反升的原因在于任何降压ic都有一个最佳效率点，2a输出时占空比加大，开关管开启时间延长，续流管续流时间减小，开关管压降0.3v 续流管大约0.5-0.7v(ss34 2a时大约0.5v )，因此效率提升。 3a不论开关管还是续流管压降都崩，因此效率再次降低。



最后一款，5a同步降压ic 体积不大。



商家参数



qfn20封装



芯片被打磨



“硕大”的电感



商品名mini560 是第一款的兄弟



我买的是12v输出版本因此需要接个电位器调到5v，统一测试。



夹好



静态2ma



调到空载5v



先1.5a输出，输入功率7.97w。



输出7.46w，效率93.6%，很高。



3分钟后模块很凉快，电感温度37度，ic温度44.8度温温的。



2a时，输入10.611w。



输出9.928w，效率93.56%几乎没变化。



电感温度几乎没变化，ic略微升高了一点。



3a时，输入15.946w 。



输出14.775w ，效率92.6%，考虑到输入线损加大应该还是没啥变化（输出到电子负载4线无线损问题）。



温度进一步上升，但是仍旧可以接受范围。



5a输出，输入功率26.967w。



输出24.428w，效率90.58% 效率有所降低，但仍旧算可以接受。


电感开始发热，ic飙到90.7度，已经非常烫手了，看来5a必须要加强散热才行，裸板3a能长期工作。



真实型号是sy8286a，同步降压4-23v输入，最大6a输出，频率600khz（典型，此ic有pfm模式，因此频率有个动态范围）基本架构和mini360类似，但是功能更多了一些，例如pg引脚的性能指示器，内部开漏输出，输出低于额定90%或高于120%会导通提供给外部监视信号。同样支持软启动，支持逐周期输出电流限制，ilmt引脚 接地 悬空或拉高 会改变过流短路时的限流，从7.8a-13.3 三档设定（这款默认接地），mode引脚高低电平可以设置轻负载pwm模式还是pfm模式，pfm模式时轻载效率较高，这款默认pwm 。



可以看到这款板子效率表现不错，同样是同步buck，为啥比第一款要好很多呢？看下图标注，上下管rdson 仅分别38和19mr，因此导通损耗很低，效率得以提升，所以实际效率不能光看同步降压与否还要看mos导通内阻。

输出电压计算公式，0.6v的fb基准也使最低输出电压0.6v起步。



引脚图

累死我了，以上三款模块进行了简单比较和较详细的分析，希望对坛友选购有帮助，最后一款性能最好。

一些恒流调流扩展应用，有时间再更，先这样。

完


更新一下sy8286a调压调流扩展应用电路


原始电路图，改变r1或r2只能调压。



设计了一个调压调流电路，可用于各种充电电路，恒流电路，简易电源等等。
输出电流大约0.44-4.55A连续可调，加一颗lm358和若干外围就可以了，电路没有时间验证，应该没啥大问题。

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3款半 boost拓扑dc-dc升压模块性能测试对比/个别款纹波干扰巨大原因分析
https://www.mydigit.cn/thread-326454-1-1.html

szb314

第一款不加大电容，几乎上电就秒杀各种 MCU 芯片，，2596效率是低了，不过便宜， 最后一个焊接是个问题，体积还不够mini，，这几个要想寿命长温度低，最好都不要超过1A，商家那些纯属吹牛

nnn2688

一直以为这玩意能长时间在最大电流下使用呢

qrut

szb314 发表于 2022-7-12 12:30
第一款不加大电容，几乎上电就秒杀各种 MCU 芯片，，2596效率是低了，不过便宜， 最后一个焊接是个问题，体 ...

这几款价格都不贵，都能红包抵扣，最后一款性能不错裸板3a没一点儿问题～

qrut

nnn2688 发表于 2022-7-12 12:32
一直以为这玩意能长时间在最大电流下使用呢

嗯 商家都会夸大的，到手都得实测为准，同样方案不同板子性能表现也不一定一样～

8139

球球的测试真是详尽，好评，另外借一步说话，热成像仪能不能包邮免费送再倒贴199？

qrut

8139 发表于 2022-7-12 13:24
球球的测试真是详尽，好评，另外借一步说话，热成像仪能不能包邮免费送再倒贴199？ ...

老兄来了，没让我倒贴200已经知足了

aacyxjz

看来需要掳最后一款了

gy9319

学习了！

mengfc

感谢楼主的详细测试，前两个模块有好几个，还真不知道哪个效率高。收藏待用！

w123d123s123

看来效率和系统工作频率有一定正比关系。
之前做的一个dc-dc，cc模式的模块，效率高达94%，开关频率1Mhz。

qrut

aacyxjz 发表于 2022-7-12 13:36
看来需要掳最后一款了

嗯 最后一款红包后2块出头性价比还是不错的～

qrut

mengfc 发表于 2022-7-12 14:26
感谢楼主的详细测试，前两个模块有好几个，还真不知道哪个效率高。收藏待用！ ...

谢谢支持～

qrut

w123d123s123 发表于 2022-7-12 14:37
看来效率和系统工作频率有一定正比关系。
之前做的一个dc-dc，cc模式的模块，效率高达94%，开关频率1Mhz。 ...

频率高一定范围内对模块的小型化有帮助，但是超过器件最高工作频率会增大损耗，现在趋势都是高频小型化发展～

maskzippy

大神作品就是牛！

拆机专家123

大婶又是干货，要静下心来慢慢研究

qrut

maskzippy 发表于 2022-7-12 17:00
大神作品就是牛！

二师兄过奖，谢谢支持～

qrut

拆机专家123 发表于 2022-7-12 19:05
大婶又是干货，要静下心来慢慢研究

欢迎指导～

cj8510

618撸了一块最后这款，撸了3偏MP1584EN的，早知道都撸最后这款了。

wywa123

感谢分享~