Modulo MP1584 Step-Down Converter

\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.

Modulo MP1584 Step-Down Converter

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.

Modulo MP1584 Step-Down Converter

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).

Modulo MP1584 Step-Down Converter

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

Modulo MP1584 Step-Down Converter

Modulo MP1584 Step-Down Converter

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.

Modulo MP1584 Step-Down Converter

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.

Modulo MP1584 Step-Down Converter

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.

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)EfficienzaIC temp °C
53.31.03.30.793.950.8454
1.54.951.216.050.8270
2.0Fuori regolazione
123.31.54.950.56.00.8367
2.06.60.829.84114
5.01.050.475.640.8746
1.57.50.728.640.8763
2.010.00.9711.640.8687
245.01.050.256.00.8360
12.01.0120.5513.20.9163

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