Cargador rápido de 205W de doble canal (140W+65W) basado en los chips IP6557 e IP6538, abierto para el público. Un puerto C soporta protocolo PD3.1 con salida máxima de 28V5A, mientras que el otro canal combina un puerto A y un puerto C con salida máxima de 65W (20V3.25A). Al usarlo junto con una fuente de alimentación conmutada de 24V10A, se puede construir un cargador de alta potencia de bajo costo con 205W de potencia total. La eficiencia máxima de conversión es del 96.7%.
No es perfecto, por favor no me critiquen demasiado. Si tienen sugerencias para mejorar el diseño, pueden dejar comentarios en la sección correspondiente. ¡Se aceptan comentarios constructivos!
Se proporciona todo el material técnico, por lo que pueden replicarlo fácilmente. El enlace de descarga está al final del artículo.
Demostración en video: https://www.bilibili.com/video/BV1HM4m1U7Hc/
Enlace de la plataforma de código abierto de LCSC: https://url.zeruns.com/99439
Grupo de QQ para intercambio técnico/electrónica/microcontroladores: 2169025065
Introducción
Este módulo de carga rápida combinado con una fuente de alimentación de 24V10A forma un cargador de 205W de bajo costo con dos canales de carga rápida (una fuente de 24V10A cuesta aproximadamente 30 RMB).
Con un adaptador de mechero a conector DC macho/interfaz XT30, puede convertirse en un cargador para automóvil con capacidad de 140W+65W.
El módulo tiene dos interfaces de entrada: XT30 y DC5.5 (no se pueden usar simultáneamente, ya que están en paralelo).
Rango de voltaje de entrada del módulo: 8.2~31V
El puerto C1 es de tipo elevador/reductor (puede funcionar con voltaje de entrada menor que el de salida), mientras que los puertos C2 y A son solo reductores (el voltaje de salida siempre es menor que el de entrada).
Compré 8 chips IP6557 y todos fueron soldados, pero 4 resultaron defectuosos (con diversos fallos), solo 4 funcionaron correctamente. No sé si es un problema de calidad/control del chip o de soldadura (usé una estación de calor a 230°C sin soldadura fría). Todos los chips IP6538 funcionaron bien. Ambos chips fueron comprados en la misma tienda.
Hice varios prototipos. Quienes deseen comprar uno terminado pueden preguntar en el grupo de QQ.
Especificaciones e introducción
Puerto C1 (IP6557)
El primer puerto Type-C usa el chip IP6557-C de INJOINIC, con potencia máxima de 140W y salida de hasta 28V/5A (realmente puede alcanzar 6A).
Rango de voltaje de entrada: 5~31V
Este chip es de tipo elevador/reductor, por lo que el voltaje de salida puede ser mayor que el de entrada.
Protocolos de carga rápida soportados:
- PD3.1/PPS/ERP28V
- BC1.2 y APPLE
- QC2.0/QC3.0/QC3+/QC4+/QC5
- FCP y HSCP
- AFC
- MTK
- UFCS (carga rápida combinada)
Voltajes de salida soportados: 5V, 9V, 12V, 15V, 20V, 28V.
PPS soporta 3.3V-21V con pasos de 10mV.
Puertos C2 y A1 (IP6538)
El segundo puerto Type-C y el puerto Type-A usan el chip IP6538-AC-65W. En modo individual, el puerto C puede entregar hasta 20V/3.25A (65W máximo). Cuando ambos puertos se usan simultáneamente, ambos entregan 5V con corriente total de 4.8A.
Rango de voltaje de entrada: 8.2V~32V (ambos chips comparten la entrada, por lo que el límite sigue siendo 31V)
Este chip es solo reductor, por lo que el voltaje de salida no puede superar al de entrada. Para alcanzar 65W, el voltaje de entrada debe ser superior a 21V.
Nota: IP6538 tiene dos versiones: 45W y 65W. La versión sin sufijo “-65W” es de 45W. (En los materiales adjuntos se proporciona el datasheet de la versión 45W, no encontré el de la versión 65W)
Protocolos de carga rápida soportados:
- PD2.0 / PD3.0(PPS), el puerto Type-A no soporta PD
- BC1.2, Apple, protocolos Samsung
- QC2.0 y QC3.0
- MTK PE+1.1 y MTK PE+2.0
- Protocolos Huawei FCP / SCP
- Protocolo Samsung AFC
- Protocolo Spreadtrum SFCP
- Protocolo OPPO VOOC / Super VOOC (la versión 65W parece no soportar estos protocolos OPPO, la versión 45W no fue probada, quizás se requiere cable original para activarlos)
Voltajes de salida soportados: 5V, 9V, 12V, 15V, 20V.
PPS soporta 3.3V~11V con pasos de 20mV.
Fotos del producto
Vista frontal del PCB
Vista trasera del PCB. Los jumpers en la imagen inferior aparecen porque en el diagrama de aplicación oficial de IP6538 no se indicaron conexiones con puntos en las intersecciones, causando errores en mi diseño inicial. El problema fue corregido en los diagramas y PCB publicados.
Vista lateral del PCB
Módulo montado en carcasa de aluminio
La carcasa es comercial, pero las tapas delantera y trasera fueron impresas en 3D.
Reseña del impresor 3D Bambu P1SC: https://blog.zeruns.com/archives/770.html
Detalle de los chips IP6557 soldados
Detalle de los chips IP6538 soldados
Prueba con serigrafía de colores
Instrucciones de uso y precauciones
1. Para obtener 28V/5A se requiere cable con chip E-Marker y soporte de PD3.1, como se muestra:
2. La resistencia de muestreo de corriente de entrada (R2) es de 5mΩ. El chip IP6557 limita la corriente de entrada a 10A. Si se usa entrada de 12V para 140W, la corriente mínima requerida es 12A, lo que excede el límite, causando caídas de voltaje. Se puede reemplazar R2 con una de 2.5mΩ (dos de 5mΩ en paralelo) para permitir mayor corriente, pero esto generará calor intenso en los MOSFET, requiriendo disipación térmica adecuada.
Las siguientes imágenes muestran resultados antes y después del cambio de resistencia. La entrada de 12V no permitía 140W antes del cambio, pero después se logró con entrada de 14V (mi fuente ajustable solo entrega 12A).
3. Al seleccionar MOSFET alternativos, asegúrese de que Ciss < 1000pF. IP6557 opera a 250kHz, por lo que se requiere MOSFET con baja capacitancia de entrada. Valores altos de Ciss afectan los tiempos de conmutación.
Pruebas de protocolos
El puerto C1 soporta los siguientes protocolos:
También soporta UFCS, aunque limitado a 33W:
Protocolos soportados en el puerto C2:
Protocolos soportados en el puerto A:
Pruebas de carga
Prueba del puerto C1: entrada XT30 a 24V, salida fijada a 28V conectada a una carga electrónica con 5.3A.
Prueba del puerto C2
Prueba del puerto A
Prueba de carga completa en ambos canales
Equipos usados en las pruebas:
- Multímetro HP34401A de 6½ dígitos: https://blog.zeruns.com/archives/772.html
- Fuente ajustable RD6012P de Ruideng: https://blog.zeruns.com/archives/740.html
- Osciloscopio DHO914S de RIGOL: https://blog.zeruns.com/archives/764.html
- Carga electrónica JUWEI: https://s.click.taobao.com/2sdCaht
- Termómetro infrarrojo Uni-T UTi261M: https://blog.zeruns.com/archives/798.html
- Probador WITRN C5 (medidor USB de voltaje y corriente): https://s.click.taobao.com/Sy2Daht
Pruebas de eficiencia de conversión
A continuación se muestran resultados de eficiencia bajo diferentes condiciones de voltaje de entrada y salida, probados en los puertos C1 y C2.
IP6557
Eficiencia máxima: 95.468%
| Voltaje entrada(V) | Corriente entrada(A) | Potencia entrada(W) | Voltaje salida(V) | Corriente salida(A) | Potencia salida(W) | Eficiencia(%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 23.997 | 6.459 | 154.997 | 27.592 | 5.323 | 146.872 | 94.758 |
| 11.999 | 9.598 | 115.166 | 19.980 | 5.345 | 106.793 | 92.729 |
| 8.299 | 8.897 | 73.836 | 20.030 | 3.336 | 66.820 | 90.498 |
| 23.997 | 4.686 | 112.450 | 20.100 | 5.341 | 107.354 | 95.468 |
| 23.997 | 1.764 | 42.331 | 12.001 | 3.337 | 40.047 | 94.606 |
IP6538
Eficiencia máxima: 96.719%
| Voltaje entrada(V) | Corriente entrada(A) | Potencia entrada(W) | Voltaje salida(V) | Corriente salida(A) | Potencia salida(W) | Eficiencia(%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 24.008 | 0.795 | 19.086 | 5.165 | 3.315 | 17.122 | 89.708 |
| 24.008 | 1.265 | 30.370 | 12.217 | 2.335 | 28.527 | 93.930 |
| 24.008 | 2.910 | 69.863 | 20.243 | 3.338 | 67.571 | 96.719 |
| 24.008 | 0.933 | 22.399 | 9.084 | 2.245 | 20.394 | 91.045 |
Termografía infrarroja
Imágenes termográficas del PCB después de 5 minutos de carga máxima en el puerto C1 (140W). La temperatura máxima en los MOSFET supera los 111°C. Se requiere disipador de calor o carcasa de aluminio con almohadilla térmica para disipar el calor.
Imágenes termográficas del PCB después de 10 minutos de carga máxima en el puerto C2 (65W). El chip IP6538 alcanza unos 75°C, permitiendo operación prolongada sin disipador.
Termografía de la carcasa de aluminio durante carga simultánea de ambos canales. Temperatura máxima de 65°C. Debido al diseño dividido (superior/inferior) con espacio intermedio, el calor se concentra en la parte inferior.
Pruebas de rizado
Fórmula de cálculo del rizado:
El rizado del puerto C1 a 28V (realmente 27.6V) es de ~33mVpp (0.059%).
El rizado del puerto C1 a 28V5.2A es de ~178mVpp (0.323%).
El rizado del puerto C2 sin carga es de ~25mVpp (0.062%).
El rizado del puerto C2 a 20V3.3A es de ~54mVpp (0.133%).
Los resultados de rizado son bastante buenos.
Diagramas esquemáticos
IP6557:
IP6538:
Diseño PCB
Capa superior:
Capa inferior:
Enlaces de compra de componentes
Las direcciones de compra para la mayoría de los componentes utilizados en este proyecto están aquí:
-
Muestra de resistencias y capacitores 0603: https://s.click.taobao.com/XXCyZht
-
Conector Type-C hembra 16P: https://s.click.taobao.com/6HYxZht
-
Chip IP6557: https://s.click.taobao.com/Jor7Fit
-
Chip IP6538: https://s.click.taobao.com/aPw6Fit
-
MOSFET AGM405Q: https://s.click.taobao.com/0aR6Fit
-
Conector XT30PW-M: https://s.click.taobao.com/cPB6Fit
-
Inductor plano PQ2012 10μH: https://s.click.taobao.com/SoguZht
-
Inductor de anillo magnético horizontal 50125 10μH 10A: https://s.click.taobao.com/B6quZht
-
Capacitor sólido 35V 220μF: https://s.click.taobao.com/CxL3Fit
-
Capacitor sólido 35V 100μF: https://s.click.taobao.com/z9FtZht
-
Carcasa de aleación de aluminio: https://s.click.taobao.com/xmRkZht
Sugerimos comprar componentes electrónicos en LCSC (LianChuang Electronic Commerce): https://activity.szlcsc.com/invite/D03E5B9CEAAE70A4.html
Desde la tabla BOM en el enlace de LCSC (LianChuang Electronic Commerce) puedes realizar directamente el pedido en LCSC con un solo clic, importando automáticamente los componentes electrónicos utilizados al carrito de compras.
Enlaces para descargar los materiales
Los enlaces de descarga incluyen: proyecto de EDA de LCSC, archivos PDF del esquema, manuales de datos de los diferentes chips utilizados, archivos del modelo 3D de la carcasa.
Enlace de descarga de Baidu Cloud: https://pan.baidu.com/s/1RJNC_v2P1YijWpv1sFXowQ?pwd=89hi Código de descarga: 89hi
Enlace de descarga de 123 Cloud: https://www.123pan.com/s/2Y9Djv-BItvH.html Código de descarga: 0nEm
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