Modulo MP1584 Step-Down Converter, si basa sul chip MP1584 Step-Down Converter 3A, 1.5MHz, 28V prodotto dalla Monolithic Power Systems.
L’integrato è posizionato su un PCB dalle dimensioni particolarmente ridotte (22,3x17x4,4 mm). Il circuito è in grado di convertire una tensione continua (in ingresso) compresa tra 4,5 e 28 volt in una tensione di uscita (regolabile) compresa tra 0,8 a 25 volt. La massima corrente disponibile è di circa 3 A.
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Indice
Principio di funzionamento
Un convertitore step-down è un convertitore DC-DC riduttore. La tipologia è simile al convertitore boost (un convertitore step-up, ossia elevatore) e fa parte della categoria dei convertitori switching. Il circuito teorico è costituito da due interruttori (un transistor e un diodo), un induttore e un condensatore.
Il modo più semplice per ridurre una tensione continua è usare un partitore di tensione, un metodo poco efficace, dato che l’energia eccedente viene dissipata in calore. Un convertitore step-down (buck) può essere notevolmente efficiente (fino a 95% per i circuiti integrati) ed è molto versatile, potendosi adattare alle varie situazioni (fonte wikipedia).
L’integrato MP1584
Il modulo MP1584 Step-Down Converter utilizza l’integrato MP1584 (datasheet) che è un regolatore di commutazione step-down ad alta frequenza con un MOSFET di potenza ad alta tensione high-side interno all’integrato. Fornisce un’uscita da 3 A con controllo della modalità di corrente per una risposta rapida dell’anello e una facile compensazione.
L’ampio intervallo di ingresso da 4,5 V a 28 V è adatto a una varietà di applicazioni. La corrente di riposo operativa di 100 µA consente l’uso in applicazioni alimentate a batteria.
L’elevata efficienza di conversione della potenza su un ampio intervallo di carico si ottiene riducendo la frequenza di commutazione in condizioni di carico leggero per ridurre le perdite di commutazione e di pilotaggio del gate.
Il foldback della frequenza aiuta a prevenire la fuga di corrente dell’induttore durante l’avvio e lo spegnimento termico fornisce un funzionamento affidabile e tollerante ai guasti.
Commutando a 1,5 MHz, l’MP1584 è in grado di prevenire i problemi di rumore EMI (acronico di Electromagnetic Interference).
Dove trovare il modulo
Il Modulo DC-DC Step-Down regolabile 4,5-28 volt 3A può essere acquistato presso il sito FUTURA ELETTRONICA il codice prodotto è 3085-MP1584ADJ.
Versione del modulo DC-DC Step-Down con tensione di uscita fissa a 5V , costo 2,50€ , codice prodotto 3085-MP1584ENDCDC
Il modulo è disponibile anche presso il sito Homotix, il codice è HMT1584
Circuito elettrico del modulo
Il circuito elettrico del modulo MP1584 Step-Down Converter, utilizza come base lo schema fornito dal costruttore.
In questo caso il valore di tensione è variabile modificando il valore della resistenza di controllo tramite un trimmer connesso poi al pin FB.
Versioni a tensioni fisse
Il modulo illustrato permette tramite il trimmer, di regolare il valore di uscita. Esistono in commercio però moduli con valori di uscita fissi, i valori tipici sono: 3,3-5- 9 -12 V.
In questo caso i componenti del circuito sono ottimizzati per la massima resa, sul data Sheet sono forniti le formule per il loro dimensionamento e una tabella con quelle per i valori di tensione più utilizzati.
Connessioni del modulo
La scheda è molto compatta e dispone di 4 connessioni a saldare. Ogni punto di connessione ha 2 fori/pad per effettuare le connessioni.
IN+ = tensione di ingresso
IN- = GND
OUT+ = tensione di uscita
OUT- = GND. Collegato al modulo IN-on
Specifiche tecniche
- Tensione di ingresso: da 4,5 VDC a 28 VDC
- Tensione di uscita: regolabile da 0,8 a 25 VDC
- Corrente massima: 3 A – consigliata 1,5A
- Efficienza: 96%
- Dimensioni (mm): 22,3x17x4,4
Esito di alcuni test effettuati sul modulo
Questi moduli forniscono un’eccellente regolazione della tensione e del carico con una bassa tensione di ondulazione purché non ci si avvicini troppo al valore di drop-out.
Tensione di ondulazione
Misurata tra i 30 mV-50 mV. Per ottenere le migliori prestazioni di ondulazione, la tensione di ingresso dovrebbe essere almeno da 1,6 a 2 V superiore all’uscita.
Regolazione della tensione
Con l’uscita regolata su 5 V, la variazione della tensione di ingresso nell’intervallo 7 – 28 V ha comportato una variazione di 0,01 V nell’uscita.
Regolazione del carico
Con l’ingresso di 12 V e l’uscita regolata a 5 V, la variazione del carico nell’intervallo da 0,0 A a 2,0 A ha comportato una variazione di 0,03 V nell’uscita.
Valutazione comportamento dissipazione termica
La tabella seguente fornisce alcuni risultati termici con una temperatura ambiente di circa 22°C e il modulo funzionante a diverse tensioni di ingresso e uscita e carichi di corrente di 1 A, 1,5 A e 2 A.
In generale a 1 A, il modulo si comporta bene. A 1,5 A inizia a scaldarsi ma è ancora in grado di fornire valori accettabili. A 2 A inizia a surriscaldarsi e in alcuni casi supera la soglia critica.
NOTA: Per cui si consiglia per un uso continuativo di non prelevare più di 1,5 A. Il valore di 2 A lo si può avere per tempi brevi a seconda delle tensioni di ingresso/uscita.
| Tensione (In) | Tensione (Out) | A (Out) | W (Out) | A (In) | W (In) | Efficienza | IC temp °C |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 | 3.3 | 1.0 | 3.3 | 0.79 | 3.95 | 0.84 | 54 |
| 1.5 | 4.95 | 1.21 | 6.05 | 0.82 | 70 | ||
| 2.0 | Fuori regolazione | ||||||
| 12 | 3.3 | 1.5 | 4.95 | 0.5 | 6.0 | 0.83 | 67 |
| 2.0 | 6.6 | 0.82 | 9.84 | 114 | |||
| 5.0 | 1.0 | 5 | 0.47 | 5.64 | 0.87 | 46 | |
| 1.5 | 7.5 | 0.72 | 8.64 | 0.87 | 63 | ||
| 2.0 | 10.0 | 0.97 | 11.64 | 0.86 | 87 | ||
| 24 | 5.0 | 1.0 | 5 | 0.25 | 6.0 | 0.83 | 60 |
| 12.0 | 1.0 | 12 | 0.55 | 13.2 | 0.91 | 63 |
Saldatura dei pin
Regolazione della tensione
Come abbiamo visto, il modulo dispone di un piccolo trimmer a giro singolo per la regolazione della tensione di uscita.
Ruotando il trimmer in senso orario si riduce la tensione di uscita mentre ruotandola in senso antiorario si aumenta la tensione di uscita.
Poiché il trimmer non è del tipo multi giri, potrebbe risultare difficile impostare una tensione esatta, ma l’impostazione può essere facilmente impostata se si accettano piccole differenze del valore teorico, Il che va bene per la maggior parte delle applicazioni. Ad esempio, quando si punta a 5 V, il valore che si raggiunge potrebbe trovarsi compreso tra 4,95 – 5,05 V.
Si consideri che il valore di tensione più basso raggiungibile è di circa 0,8 V. Per quanto riguarda il limite superiore dell’intervallo di regolazione dipenderà dalla tensione di ingresso, questo è generalmente di circa 1,6 V inferiore alla tensione di ingresso.
Schema dei collegamenti per il test del modulo
Per il test si è alimentato il Modulo MP1584 Step-Down Converter tramite due batterie 18650 Li-ion 3.7V.
Lettura della tensione in ingresso, le due batterie completamente cariche forniscono 7,9V
Lettura del minimo valore fornito dal modulo, 0,79V – teorico 0,8V.
Il valore massimo fornito dal modulo (senza carico) è di 6,8V, leggermente maggiore di quello teorico di 6.3V (7,9-1.6=6.3V)
Impostazione del valore di uscita di 5V (senza carico).
Esempio di utilizzo
Nella foto sotto il Modulo MP1584 Step-Down Converter utilizzato sulla BLE ROBOT BOARD (scheda attualmente in fase di test).
In questo caso il modulo riduce la tensione delle due batterie 18650 Li-ion collegate in serie in modo da fornire il valore di 7,4V al valore di 5V per alimentare il modulo NANO BLE.
La tensione di 7,4V alimenta direttamente i due motori del robot tramite il Modulo motore MX1508 per Arduino .
Altri modelli di alimentatori
Per altri moduli alimentatori vedere l’articolo Raccolta di alimentatori per circuiti elettronici
