Qué es este módulo
El módulo MP1584 es un reductor de tensión (buck) diminuto: mide poco más que una moneda y baja una tensión continua alta a otra menor. Por ejemplo, de una batería de 12 V a 5 V o a 3,3 V para alimentar una placa de control. Es probablemente el primero que aparece al buscar «mini buck converter», y se anuncia como de «3 A».
Este artículo hace ingeniería inversa de la placa: qué es cada componente, cómo se conectan entre sí y por qué se eligieron. Sirve para entender este módulo y, de paso, los conceptos que se repiten en casi cualquier convertidor reductor.
En el texto, cada dato lleva su origen entre corchetes: [F] datasheet del chip (MPS, Rev. 1.0, 2011) con la página, [V] visto en las fotos de la placa, [C] coincide con el esquema publicado de un módulo de layout idéntico, [R] razonado a partir de lo anterior y [E] estimación.
La foto real de la placa es esta (mejorada con IA):
Y el modelo 3D que he construido de la placa, en perspectiva:
Para qué sirve y cómo se conecta
Baja una tensión de entrada de 4,5 a 28 V a una salida ajustable de 0,8 a 25 V, con una corriente de hasta 3 A en el chip [F] (datasheet, págs. 1–2). Ojo con el «3 A»: es lo que admite el chip, no lo que entrega el módulo. Los vendedores del módulo hablan de 1,5 A continuos con picos de 2 A [F débil], y es una de las cosas que quiero medir.
Los terminales, según la serigrafía y la cara trasera de un módulo idéntico [V]/[C]:
- Entrada a la derecha y salida a la izquierda.
- Positivo arriba y negativo abajo, en los dos lados (marcados con «+» y «−»).
- Un potenciómetro SMD arriba a la izquierda para ajustar la salida.
Confirmaré la polaridad con el multímetro antes de recomendar nada. Hay una limitación práctica importante: la salida máxima es aproximadamente la entrada menos 3 V. Para 5 V necesitas al menos 8 V de entrada, y para 3,3 V, más de 6,3 V. El motivo está en el condensador de arranque del interruptor (lo explico más abajo, en «BST»).
Cómo lo hace: interruptor, bobina y diodo
La forma sencilla de bajar de 12 V a 5 V es un regulador lineal como el 78M05: el chip se comporta como una resistencia variable y tira el sobrante en forma de calor. Con 12 V de entrada, 5 V de salida y 1 A, la diferencia son 7 W de calor para 5 W útiles: un rendimiento del 42 % [R].
El buck hace otra cosa: conecta y desconecta la entrada muy deprisa (aquí, del orden de 900 kHz) y usa una bobina para almacenar y devolver energía, de modo que no desperdicia la diferencia.
- Interruptor cerrado: la corriente va de la entrada, a través del chip, a la bobina y a la salida. La bobina se carga de energía.
- Interruptor abierto: la bobina sigue empujando corriente y esta se cierra a través del diodo, que está conectado a masa.
- La relación entre el tiempo conectado y el periodo (ciclo de trabajo) es aproximadamente D ≈ Vout/Vin. Con 12 V → 5 V, un 42 % [R].
En el dibujo, la entrada (rojo intenso) llega al chip, sale por el pin SW, pasa por la bobina y llega a la salida (rojo suave). Las tensiones son un ejemplo: 20 V → 10 V, un ciclo de trabajo del 50 %.
Una analogía útil: el interruptor es un soplador que sostiene una pelota en el aire. La altura de la pelota es la tensión de salida; el tiempo que está encendido el soplador, el ciclo de trabajo; y la inercia de la pelota, la bobina y los condensadores. El chip mira la altura (pin FB) y ajusta el soplador.
El MP1584 es un buck no síncrono: el interruptor (un MOSFET de lado alto con 150 mΩ típicos) va dentro del chip, pero el diodo de libre circulación va fuera [F] (págs. 3, 4 y 7). Por eso en la placa hay un SS34.
El circuito, por colores
Este es el esquema equivalente de la placa. He coloreado cada bloque según su función y usaré los mismos colores en el mapa de la placa de más abajo.
- Naranja: entrada (terminales IN, C1 y C11).
- Morado: conversión (MP1584, bobina L1 y diodo D1).
- Verde: salida (terminales OUT, C2 y C21).
- Amarillo: ajuste de la tensión (potenciómetro RV1, R2 y R11).
- Azul: arranque y apagado (R5 y R6, pin EN).
- Turquesa: frecuencia (R4, pin FREQ).
- Rosa: estabilidad (R3 y C3, pin COMP).
- Marrón: arranque del interruptor (C4, pin BST).
Este esquema está redibujado a partir del de un módulo de layout idéntico documentado por Roger-random (consulta las fuentes al final) y adaptado a la numeración de mi foto [C]. No es un esquema verificado en esta unidad: las uniones que se ven en la foto sí las he comprobado a ojo [V], pero la continuidad real de cada pista queda pendiente de medir.
Y así queda sobre la placa. Cada color es un circuito; las zonas grandes son planos de cobre (masa, entrada, salida) y las pistas finas son las señales de los pines del chip:
Componente a componente
| Ref. | Componente | Función |
|---|---|---|
| U1 | MP1584EN (SOIC-8E) | Chip: interruptor, oscilador, referencia y control |
| L1 | Bobina «4R7» = 4,7 µH | Almacena energía en cada ciclo |
| D1 | Schottky SS34 (40 V, 3 A) | Cierra la corriente de la bobina con el interruptor abierto |
| C1, C11 | Cerámico grande + pequeño | Reserva y filtrado de la entrada |
| C2, C21 | Cerámico grande + pequeño | Filtrado y estabilidad de la salida |
| RV1, R2 | Potenciómetro + resistencia | Divisor de realimentación: fijan la tensión de salida |
| R11 | Sin montar | Alternativa fija al potenciómetro |
| R5, R6 | Resistencias | Divisor del pin EN: umbral de arranque |
| R4 | Resistencia | Fija la frecuencia de conmutación |
| R3 + C3 | Resistencia + cerámico | Compensación del lazo de control |
| C4 | Cerámico 100 nF | Condensador de arranque del interruptor |
El chip: MP1584
Es el cerebro y el interruptor a la vez. La serigrafía dice «MP1584EN» [V] y es un chip de ocho patillas (SOIC-8E) con un pad metálico expuesto debajo, que va a masa y sirve para disipar el calor.
Datos del datasheet [F] (págs. 1–4):
- Buck no síncrono, entrada 4,5–28 V (máximo absoluto 30 V), salida 0,8–25 V, 3 A.
- Referencia de realimentación de 0,8 V.
- Límite de corriente ciclo a ciclo: 4,0 A mínimo, 4,7 A típico.
- Consumo en reposo 100 µA; apagado 12 µA.
- Arranque suave de 1,5 ms; bloqueo por subtensión (UVLO) a 3,0 V (sube) y 2,6 V (baja); apagado térmico a 150 °C con 15 °C de histéresis.
- Con poca carga pasa a salto de pulsos; en el arranque reduce la frecuencia para que la corriente no se dispare.
Los ocho pines:
| Pin | Nombre | Qué hace | En este módulo |
|---|---|---|---|
| 1 | SW | Salida del interruptor | Bobina, SS34 y C4 |
| 2 | EN | Habilita el chip | Divisor R5/R6 |
| 3 | COMP | Compensación del lazo | R3 + C3 |
| 4 | FB | Entrada del amplificador de error (0,8 V) | Divisor RV1 + R2 |
| 5 | GND | Masa y disipación (pad expuesto) | Plano de masa |
| 6 | FREQ | Frecuencia | R4 |
| 7 | VIN | Alimentación | C1 + C11 |
| 8 | BST | Bootstrap | C4 |
La columna «En este módulo» sale del esquema documentado [C].
Qué pasa dentro, en cada ciclo (datasheet, págs. 7–9 [F]):
- El amplificador de error compara la tensión de FB con la referencia de 0,8 V.
- Su salida (COMP) fija cuánta corriente se permite por la bobina.
- El reloj interno enciende el MOSFET.
- Cuando la corriente llega al valor marcado por COMP, un comparador lo apaga. Tiene que estar apagado un mínimo de unos 100 ns.
Dentro hay además un regulador interno de 2,6 V que alimenta toda la electrónica del chip, la referencia de 0,8 V con arranque suave, el oscilador (fijado por FREQ), la lógica PWM y el driver flotante del MOSFET. Al arrancar, el chip espera unos 50 µs con el MOSFET apagado y después sube la referencia en 1,5 ms [F].
Cinco pines tienen componentes de apoyo (EN, FREQ, FB, COMP y BST). Cada uno se explica más abajo.
Entrada: terminales IN, C1 y C11
La energía entra por los terminales de la derecha (arriba +, abajo −) [V]/[C]. Pegados a ellos hay dos condensadores cerámicos: uno grande (C1) y uno pequeño (C11), en paralelo [C].
¿Para qué sirven? El interruptor del chip pide corriente en pulsos muy rápidos, y una fuente (una batería con sus cables) no puede responder a esa velocidad. Los condensadores actúan como una pequeña reserva de energía junto al pin 7 (VIN): entregan los picos y evitan que la tensión de entrada caiga y ensucie la fuente. El pequeño trabaja mejor a las frecuencias altas y el grande aporta más reserva.
La pista de entrada llega al pin 7 (VIN) del chip y, a través de R5, al pin EN (más abajo).
El datasheet usa 10 µF / 50 V en el circuito típico [F] (pág. 1). La tensión máxima de estos condensadores es la que limita en la práctica la entrada del módulo: por eso los vendedores anuncian a veces 20 V y no los 28 V del chip [R].
Bobina y diodo: L1 y D1
Son las dos piezas que hacen posible que el buck no desperdicie energía. Los dos se unen en el pin 1 (SW), una zona ancha de cobre.
La bobina «4R7»
«4R7» es el código de 4,7 µH [V]. Almacena energía en forma de campo magnético mientras el interruptor está cerrado y la devuelve a la salida cuando se abre. Sin la bobina, el interruptor conectaría directamente la entrada a la salida a trozos, y la salida sería un pulso, no una tensión continua.
- El circuito típico del datasheet usa 10 µH a 500 kHz [F]; aquí la frecuencia es mayor y se compensa con menos inductancia.
- Rizado de la corriente: ΔI = Vout · (1 − Vout/Vin) / (L · f) [F] (pág. 10). Con 12 V → 5 V, 4,7 µH y 900 kHz: ΔI ≈ 5 · (1 − 5/12) / (4,7 µH · 900 kHz) ≈ 0,7 A pico a pico [R]. El datasheet recomienda un rizado de aproximadamente el 30 % del límite de corriente, y esto queda dentro.
- Menos inductancia da más rizado; más inductancia la hace más cara y más grande.
El diodo SS34
Cuando el interruptor se abre, la bobina sigue empujando corriente y necesita un camino por donde cerrarla: ese camino es el diodo, conectado de masa a SW. Por eso se llama diodo de libre circulación.
- Es un Schottky de 40 V y 3 A en encapsulado SMA, con una caída de unos 0,5 V [F] (hoja de un SS34 genérico: no sé quién fabrica el de este módulo). La banda marca el cátodo.
- No vale un 1N4007: su caída es de ~1 V, lo que supone más pérdidas, y es demasiado lento para estas frecuencias.
- 40 V es más que los 28 V de la entrada máxima [R].
Salida: terminales OUT, C2 y C21
La salida está a la izquierda (arriba +, abajo −) [V]/[C]. Igual que en la entrada, un cerámico grande (C2) y uno pequeño (C21) en paralelo [C].
Su trabajo es alisar la tensión de salida: la corriente de la bobina llega con un rizado de 0,7 A y los condensadores lo absorben, de modo que lo que ves en los terminales es una tensión casi continua. También dan estabilidad al lazo de control (más abajo).
La pista sale de la bobina, llega a los terminales OUT y una derivación vuelve por el divisor al pin FB, para que el chip «vea» la tensión que está entregando.
Ajuste de la tensión: RV1, R2 y R11
El pin FB compara con 0,8 V. Un divisor de dos resistencias entre la salida y masa fija a qué tensión de salida se alcanzan esos 0,8 V en FB [F] (pág. 10):
Vout = 0,8 · (R1 + R2) / R2
En este módulo, R1 es el potenciómetro RV1 (pin 1 a VOUT, pin 2 —el cursor— a FB, pin 3 sin conectar) y R2 va de FB a masa [C]. Al girar el potenciómetro cambias R1 y, con él, la tensión de salida.
- Leí «B22» en la resistencia, que por el código EIA-96 son 1,65 kΩ [R]; es R2.
- El datasheet recomienda R2 menor de 40 kΩ porque por el circuito de bootstrap salen unos 20 µA con la salida en vacío [F].
- Los dos pads sin montar (R11) quedan en paralelo con el potenciómetro. Sirven para fijar la salida con una resistencia en vez de usar el potenciómetro.
Dos formas de ajustar la salida:
- A. Con potenciómetro (como viene): giras el tornillo hasta tener la tensión que quieres. Cómodo, pero un trimmer SMD se desajusta con vibraciones, algo a tener en cuenta en un robot.
- B. Con resistencia fija: quitas RV1 y sueldas una resistencia en los pads de R11.
Con R2 = 1,65 kΩ ([R]: valor leído con el código EIA-96, no medido), estas son las resistencias más próximas de la serie E96 y la entrada mínima que necesitas:
| Salida | Entrada mínima | R11 en este módulo (R2 = 1,65 kΩ) | R1 con el circuito del datasheet (R2 = 40,2 kΩ) |
|---|---|---|---|
| 3,3 V | 6,3 V | 5,11 kΩ | 127 kΩ |
| 5 V | 8 V | 8,66 kΩ | 210 kΩ |
| 9 V | 12 V | 16,9 kΩ | 412 kΩ |
| 12 V | 15 V | 23,2 kΩ | 562 kΩ |
La salida real queda a menos de un 1 % del objetivo con esos valores [R]. Con un potenciómetro de 50 kΩ se llegaría a unos 25 V, el máximo del chip. Antes de soldar nada, mide R2 y el potenciómetro con el multímetro y la placa sin alimentar.
Arranque y apagado: R5, R6 y el pin EN
Dos resistencias forman un divisor entre la entrada y masa, y su punto medio va al pin 2 (EN) [C]. El chip arranca cuando EN supera 1,5 V y se apaga por debajo de 1,2 V [F]: hay 300 mV de histéresis para que no oscile justo en el umbral.
¿Para qué? Fija a partir de qué tensión de entrada funciona el módulo. Si la batería se descarga, el chip se apaga antes de que la entrada baje tanto que la salida se quede sin regulación. El datasheet sugiere usar EN para que el chip no arranque con una entrada menor que Vout + 3 V. Con EN sin conectar el chip está siempre encendido, y con EN por debajo de 1,2 V pasa al modo de menor consumo (12 µA).
Frecuencia: R4 y el pin FREQ
Una resistencia a masa en el pin 6 fija la frecuencia de conmutación: Rfreq (kΩ) = 180 000 / f (kHz)^1,1, entre 100 kHz y 1,5 MHz [F] (págs. 3 y 9). Las resistencias marcadas «104» son 100 kΩ, y con 100 kΩ salen unos 900 kHz [R].
Más frecuencia permite una bobina más pequeña, pero aumentan las pérdidas por conmutación (cada vez que el MOSFET conmuta pierde algo de energía). Ese es el compromiso que ha elegido el diseñador de este módulo: una bobina pequeña a cambio de algo de rendimiento.
Estabilidad: R3 y C3
El pin 3 (COMP) es la salida del amplificador de error: dice al chip cuánta corriente debe permitir, y se limita entre 0,9 y 2,0 V. Una resistencia y un condensador en serie entre COMP y masa (R3 + C3) dan estabilidad al lazo de control. El lazo mide la salida, corrige y vuelve a medir, y si reacciona demasiado deprisa o con demasiado retraso, la salida podría oscilar. Con R3 y C3 se ajusta esa respuesta.
El circuito típico del datasheet usa 68,1 kΩ y 220 pF [F] (pág. 1); los de la placa están [E] por medir (la resistencia vertical está marcada «101» o «104», una lectura dudosa por la orientación).
Arranque del interruptor: C4 y el pin BST
Para encender un MOSFET de lado alto hace falta una tensión de puerta mayor que la de su fuente (el pin SW, que sube casi hasta la entrada cuando conduce). El pin BST (bootstrap) lo resuelve con el condensador C4 de 100 nF entre BST y SW: se carga a unos 5 V cuando SW está bajo (por ejemplo, mientras conduce el diodo) y esa carga alimenta el driver en el siguiente ciclo [F] (pág. 8).
De ahí salen dos limitaciones que ya hemos visto:
- Hace falta que la entrada supere a la salida en unos 3 V para que C4 se cargue bien. El datasheet pide VIN − VOUT > 3 V con poca carga y recomienda un diodo de bootstrap externo si VOUT/VIN supera el 65 % [F].
- Además el interruptor necesita unos 100 ns apagado en cada ciclo: a 900 kHz, el ciclo de trabajo máximo es 1 − 100 ns · 900 kHz ≈ 91 % [F]/[R].
Resultado práctico: salida máxima ≈ entrada − 3 V.
¿Cuánto cuesta?
Todo esto son estimaciones [E]; comprueba los precios antes de comprar.
- Módulo completo: ≈ 1–2 € (packs de 10 en AliExpress, ≈ 0,6–1,2 € por unidad; una tienda europea lo listaba a ≈ 1,80 €).
- MP1584EN suelto: ≈ 2,78 $ según una captura de LCSC, sin stock en ese momento [F débil]; con descuento por volumen o chips alternativos, ≈ 1,3 €.
- SS34: ≈ 0,012–0,03 $ la unidad según fabricante y cantidad en LCSC [F].
- Bobina, cerámicos, resistencias, potenciómetro y PCB: rangos sin fuente contrastada.
Las piezas sueltas suman ≈ 2,1–4,3 € frente a ≈ 1 € del módulo. La diferencia se explica por el volumen de fabricación (las placas se hacen en paneles grandes que luego se cortan), y por chips alternativos de menor coste.
Lo que falta por medir
Lo que no he encontrado publicado y quiero comprobar con la placa:
- Valores del potenciómetro, R1/R2 y los demás 0603, y el rango real de salida.
- Valores y tensión de los cerámicos grandes y pequeños, y continuidad de cada pista.
- Eficiencia, rizado y temperatura a 0,5, 1 y 2 A con 12 V de entrada.
- Corriente a la que entra en límite o se apaga por temperatura, y si de verdad llega a los 3 A anunciados.
- Frecuencia de conmutación con osciloscopio, para contrastarla con la fórmula del datasheet.
Cuando tenga las medidas, actualizaré el artículo.
Fuentes y créditos
- Datasheet del MP1584, Monolithic Power Systems, Rev. 1.0 (8/8/2011): monolithicpower.com. Todas las referencias [F] con página.
- Esquema de un módulo de layout idéntico: Roger-random, «MP1584 Powered Voltage Step-Down (Buck) Converter Module Schematic». El esquema de este artículo está redibujado por mí a partir de él.
- Datasheets de componentes (LCSC): diodo SS34 de MDD y bobina Chilisin SCDS74 de 4,7 µH, como referencia (no sé qué fabricantes montan este módulo concreto).
- Fotografías y renders: propios.
