三款常用的DCDC模块LM2596,MP1584以及PS5430的性能对比测试

2021-12-12 16:08发布

我们在做一些硬件制作的时候,我们经常会去网上买一些开关电源的模块,也就是DCDC模块回来用。
它的作用就是把一个电压转换成另外一个电压,例如12C转5V,这样的大部分情况下,这些模块它都能正常的工作。但是也有很多人抱怨这些模块并不好用,比如说烧掉或者太烫也有朋友朋友则表示自己制作的就没事。
今天我就买了三款淘宝销量比较高的DCDC模块来评测一下,看看他们到底好不好用,相互之间有什么区别,以及分析一下为什么你会烧掉这些模块。简单的介绍一下要评测的这三个模块,他们分别搭载了TI的LM2596,MSP的MP1584以及TI的TPS5430。价格的话分别是两块六毛四,两块五毛九和二十二块钱,可以看到最右边的价格明显大了很多。

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我自己也很好奇,这二十二块钱的模块是不是真的会比两块钱的模块来的要香,功能上他们都是降压模块,支持宽电压的输入,输出电流。可以达到3A,左边两个输出电压可调,最右边的话是固定输出5V。为了统一测试的时候,我会把左边两个模块的输出都设置为5V。
输入电压则选用了最常用的12V。那废话不多说,接下来我们就开始正式评测。第一个测试项目是输出电压的准确度。对于一个电源模块来说,输出一个准确的电压是最起码的要求了。输出电压的测试方法很简单,找一个电压表测量一下就可以了。我一般会分别测试空载和满载的输出,也就是输出电流为0A和3A时的输出电压值。
我们来看一下测试结果,可以看到三个模块的输出误差都在1%以内,这一轮测试所有的模块都通过了。

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那第二个要测试的项目是输出的平稳度,也就是纹波。对于任何电源输出肯定是越平稳越好。但是在现实世界中,因为各种因素没有这样理想的电源输出肯定是有一些浮动的。我们需要测量出这个浮动的上下压差。纹波的测量需要用到示波器,这样才能看到实际的输出波形。我分别会测量输出电流为0.2A、2A以及3A时的纹波。
接下来我们来看一下测试结果,输出电流0.2A的时候,这三个模块的表现都是可以的。输出电流2A时LM2596的纹波就明显偏大了,有200多毫伏。当输出为3A的时候,MP1584这个模块就彻底的放飞自我了,达到了惊人的600多毫伏,这个显然是有问题的。正常来说,不管输出电流多少,只要在主芯片规定的范围以内,输出的纹波偏差都不应该很大。所以这一轮我认为只有TPS5430这个模块通过了测试。

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第三个测试项目是动态响应度。在现实中,DCDC模块后面接的负载是动态变化的。比如说建立一个灯泡,当灯泡突然打开的时候,可能会让输出的电压不稳定。为了模拟这种负载的变化,我们需要用到一个特殊的仪器动态负载机。它会把自己模拟成一个周期性的负载,也就是产生一个周期性的电流动态响应度的测量,依然需要使用示波器,可以看到输出电压会随着电流的变化而波动。
显然,这个下探的监测就是电流突然增大引起的输出电压下降,而上扬的监测则是输出电流减小引起的输出电压上升。我们来看一下测328毫伏和TPS5430数据手册上给出的测试结果连100mV都不到。

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这个差距实在是太大了,而表现最差的LM2596有712mV,这个已经大到离谱了。显然这一轮测试三个模块都没有通过。
接下来我们来看一下模块的发热情况。这个不用多说,温度肯定是越低越好,测量温度需要用到这个专门的热成像仪。我分别测试了输出电流1安培、2安培、3安培时的模块温度。

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可以看到输出电流1A的时候,三个模块表现都还可以。当输出电流为2A的时候,三个模块的最高温度分别为109摄氏度、98摄氏度以及87摄氏度。
可以说已经在危险的边缘试探了,而当电流为3A的时候,三个模块的温度分别为167摄氏度、133摄氏度以及118摄氏度。这个就有点离谱了,甚至后面的两颗还因为触发过热保护直接关机了。所以从这一轮的测试结果来看,在不加散热器的情况下,这些模块不能长时间工作在2A以上。
当然,测试结果也表明,这些模块的高温保护机制还是到位的,至少不会因为负载过大而导致芯片烧毁。接下来我们来看一下效率,效率也是DCDC一个很重要的指标。

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效率的计算方法很简单,输出功率除以输入功率就可以了。我们可以用这个直流电源和负载机分别测量到输入输出的电流和电压。简单相乘以后就可以得到输入输出的功率了。可以看到效率并不是一个恒定值,它会随着电流的增加而减小。MP1584的效率最高,1A可以达到90%左右。TPS5430效率平均在88%左右。好,LM2596的效率就有点低了,80%都不到。可以看到效率和温度是有相关性的。LM2596发热量最大,能量都用来发热了,所以效率就低了很多。
最后来聊一下大家比较关心的一个话题,如何弄坏一个DCDC模块。
文章开头也有提到,很多人抱怨这些模块容易烧,甚至连带着后面的单片机一起烧。那我准备了三个小实验,让我们来看一下,第一个小实验是用镊子让这个输出短路。大部分人总是会把烧毁电路和短路联系在一起,但是可以看到,这种办法并不会让模块烧毁。事实上,在芯片的数据手册中也有提到芯片是有短路保护功能的。
第二个小实验也需要用到这个小开关,把它串联在电源和模块的输入之间。打开开关的瞬间可以看到输入电压有一个非常高的尖刺。我的输入电压是12V,而这个尖刺竟然达到了27V。数据手册中有明确MP1584的输入电压最大不能超过30V。事实上,这种毛刺能冲到多高,完全是看它的心情。超过30V是完全有可能的,更不要说如果本身的输入电压是24V的话,这个毛刺估计能冲到40V,妥妥的就把这个芯片给烧了。
第三个小实验的话需要用到这个小舵机。把它接在模块的输出,可以看到舵机转动的时候,输出电压会产生一个毛刺,而这个毛刺的尖峰值可以达到9V。如果此时模块的输出你正好还连着一个5V的单片机。那么我估计这个单片机就真的凶多吉少了。通过以上三个小实验可以看出,输出短路并不会烧毁模块。而一些不经意的小操作,确实有可能让这些模块或者后期电路烧毁。
弄坏这些模块的方法其实还有很多,我也很难靠大家简单的回复来推测出你们是如何烧毁的模块。如果有详细的场景的话,也可以在评论区留言。
以上就是关于电源模块,我认为相对比较重要的项目评测了。总结一下,我分别测试了输出电压的准确度,纹波,动态响应度、温度、效率这几个指标。
从数据上来看,这几个模块的表现都很差,设计和用料都是有明显问题的。尤其是这个22块钱的TPS5430模块,我以为这个价格应该能买到极品电源模块了,结果发现就比一两块钱的模块稍微好那么一点点,性价比算是非常的低了。至于说这些模块能不能用,我只能说在比较重要或者说稳定性要求比较高的地方,我不建议使用这些模块。
如果只是业余玩玩的话,勉强能用,但是也要注意输出电流尽量控制在2A以内,同时尽量不要接动态负载,要做好保护工作。
其实一个电源模块的好坏,虽然说跟主芯片有很大的关系,但是跟外围元件的选择,PCB 的布局布线也有非常大的关系。