数码之家

 找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

微信登录

微信扫一扫,快速登录

搜索
查看: 4780|回复: 293

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

    [复制链接]
发表于 2022-7-12 11:45:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。
1.jpg


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。
2.jpg


体积
3.jpg


夹好测试
4.jpg


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)。
5.jpg


调到5v输出
6.jpg

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。
7.jpg


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。
8.jpg


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。
9.jpg


2a带载测试,输入11.678w
10.jpg


输出10.084w,效率86.3,降低不少。
11.jpg


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。
12.jpg


3a的峰值也测一下,输入17.947w。
13.jpg


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。
14.jpg


下面是资料,pwm频率340khz,在dc-dc里已经属于低频了。
14a.jpg


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。
14b.jpg
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。
14c.jpg


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。
14d.jpg
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。
15.jpg


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。
16.jpg


非同步降压方案,用的二极管续流,这个板子用了一颗ss34.
17.jpg


输出电压可调,滤波电解滤波。
18.jpg


庞大的电感和可调
19.jpg


背面
20.jpg


体积
21.jpg


准备测试
22.jpg


12v输入静态8ma
23.jpg


输出同样调到5v左右
24.jpg


为了统一测试也是先1.5a输出,输入功率10.618w。
25.jpg


输出7.472w,效率70.37%,很低。
26.jpg


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,
27.jpg


2a带载,输入13.445w。
28.jpg


输出9.828w,效率73%,效率反倒提升了,为啥?后面会说。
29.jpg


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。
30.jpg

3a输出,输入功率20.648w。
31.jpg


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。

32.jpg


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。
32a.jpg


32b.jpg


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。
32c.jpg


最后一款,5a同步降压ic 体积不大。
IMG_20220712_081931.jpg


商家参数
IMG_20220712_081931a.jpg


qfn20封装
IMG_20220712_081946.jpg


芯片被打磨
IMG_20220712_082007.jpg


“硕大”的电感
IMG_20220712_082017.jpg


商品名mini560 是第一款的兄弟
IMG_20220712_082021.jpg


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。
IMG_20220712_083650.jpg


夹好
IMG_20220712_083935.jpg


静态2ma
IMG_20220712_083947.jpg


调到空载5v
IMG_20220712_084046.jpg


先1.5a输出,输入功率7.97w。
IMG_20220712_084301.jpg


输出7.46w,效率93.6%,很高。
IMG_20220712_084320.jpg


3分钟后模块很凉快,电感温度37度,ic温度44.8度温温的。
IMG_20220712_084719.jpg


2a时,输入10.611w。
IMG_20220712_084920.jpg


输出9.928w,效率93.56%几乎没变化。
IMG_20220712_085051.jpg


电感温度几乎没变化,ic略微升高了一点。
IMG_20220712_085207.jpg


3a时,输入15.946w 。
IMG_20220712_085437.jpg


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)。
IMG_20220712_085444.jpg


温度进一步上升,但是仍旧可以接受范围。
IMG_20220712_085711.jpg


5a输出,输入功率26.967w。
IMG_20220712_085858.jpg


输出24.428w,效率90.58% 效率有所降低,但仍旧算可以接受。
IMG_20220712_085907.jpg

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。
IMG_20220712_090133.jpg


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 。
IMG_20220712_090133a.jpg


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。
IMG_20220712_090133b.jpg
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。
IMG_20220712_090133c.jpg


引脚图
IMG_20220712_090133d.jpg
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。




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。
IMG_20220714_090758.jpg


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。
IMG_20220714_090758_New.jpg





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


打赏

参与人数 46M币 +2855 收起 理由
10655188 + 20
mydigit + 2000 恭喜获得原创文章热度奖励2000M.
suhaiyuan + 20 優秀文章
锰子 + 15 謝謝分享
leeye + 6 優秀文章
gxj411 + 10 熱心助人
kyhwhb + 20 優秀文章
newnet1234 + 20 謝謝分享
deep丨blue + 20 優秀文章
亲爱的混蛋 + 20

查看全部打赏

本帖被以下淘专辑推荐:

发表于 2022-7-12 12:30:38 | 显示全部楼层
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
回复 支持 1 反对 0

使用道具 举报

发表于 2022-7-12 12:32:12 | 显示全部楼层
一直以为这玩意能长时间在最大电流下使用呢
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2022-7-12 12:33:23 | 显示全部楼层
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~
回复 支持 1 反对 0

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2022-7-12 12:36:05 | 显示全部楼层
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~
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2022-7-12 13:24:56 | 显示全部楼层
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?

                               
登录/注册后可看大图
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2022-7-12 13:29:42 | 显示全部楼层
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
回复 支持 3 反对 0

使用道具 举报

发表于 2022-7-12 13:36:19 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
看来需要掳最后一款了
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2022-7-12 14:26:09 | 显示全部楼层
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!
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2022-7-12 14:37:24 | 显示全部楼层
本帖最后由 w123d123s123 于 2022-7-12 14:38 编辑

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。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2022-7-12 15:19:47 | 显示全部楼层
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~
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2022-7-12 15:20:21 | 显示全部楼层
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~
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2022-7-12 15:22:14 | 显示全部楼层
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~
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2022-7-12 17:00:07 | 显示全部楼层
大神作品就是牛!
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2022-7-12 19:05:18 | 显示全部楼层
大婶又是干货,要静下心来慢慢研究

打赏

参与人数 1M币 +20 收起 理由
qrut + 20

查看全部打赏

回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2022-7-12 19:06:55 | 显示全部楼层
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~
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2022-7-12 19:07:46 | 显示全部楼层
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~
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2022-7-12 20:09:34 | 显示全部楼层
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。
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册 微信登录

本版积分规则

APP|手机版|小黑屋|关于我们|联系我们|法律条款|数码之家

闽公网安备35020502000485号

闽ICP备2021002735号-2

GMT+8, 2022-8-14 09:26 , Processed in 0.124800 second(s), 16 queries , Redis On.

Powered by Discuz!

© 2006-2021, MyDigit.cn

快速回复 返回顶部 返回列表