Открытый модуль быстрой зарядки PD3.1 140 Вт + 65 Вт с повышением и понижением напряжения (2 порта USB-C + 1 порт USB-A), IP6557 + IP6538, настольное зарядное устройство 205 Вт

[zeruns]

Открыт исходный код модуля быстрой зарядки мощностью 205 Вт с повышением/понижением напряжения на чипах IP6557 и IP6538 (140 Вт + 65 Вт). Один порт Type-C поддерживает протокол PD3.1 с максимальным выходом 28 В 5 А, другой - порт Type-A + Type-C с максимальной мощностью 65 Вт (20 В 3,25 А). Может использоваться с импульсным источником питания 24 В 10 А для создания недорогого зарядного устройства быстрой зарядки мощностью 205 Вт! Максимальный КПД 96,7%

Проект обычный, прошу не критиковать строго. Если у вас есть идеи по улучшению, пожалуйста, оставьте их в комментариях. Доброжелательный обмен мнениями приветствуется.

Предоставляются полные материалы, которые можно полностью повторить. Ссылка для загрузки материалов в конце статьи!

Демонстрационное видео: https://www.bilibili.com/video/BV1HM4m1U7Hc/

Ссылка на платформу Open Source Hardware (OSHWHUB): https://url.zeruns.com/99439

Группа QQ для обсуждения электроники и микроконтроллеров: 2169025065

Введение

Этот модуль быстрой зарядки в сочетании с импульсным источником питания 24 В 10 А может собрать недорогое зарядное устройство быстрой зарядки мощностью 205 Вт с двумя выходами! (источник питания 24 В 10 А можно купить за ~30 юаней)

Добавив переходник с прикуривателя на DC-вилку/интерфейс XT30, его можно превратить в автомобильное зарядное устройство быстрой зарядки 140 Вт + 65 Вт!

Входной интерфейс модуля имеет два варианта: XT30 и DC5.5 (2 входных интерфейса нельзя использовать одновременно, они подключены параллельно!)

Диапазон входного напряжения модуля: 8,2~31 В

Порт C1 обеспечивает повышение/понижение напряжения (входное напряжение может быть ниже выходного), порты C2 и A1 только понижают напряжение (выходное напряжение не может превышать входное)!

IP6557 - из 8 купленных чипов, 4 оказались неисправными (разные симптомы), 4 работают нормально. Не уверен, проблема с качеством чипов или с пайкой (температура паяльной станции 230°C, пайка без дефектов). Все чипы IP6538 исправны. Обе версии чипов куплены в одном магазине.

Сделал несколько готовых модулей, если кому-то нужны готовые изделия - заходите в группу.

Параметры и описание

Порт C1 (IP6557)

Чип для питания порта Type-C - IP6557-C от INJOINIC, максимальная выходная мощность 140 Вт, максимальный выход 28 В/5 А (реально до 6 А).

Диапазон входного напряжения: 5~31 В

Этот чип обеспечивает повышение/понижение напряжения, поэтому выходное напряжение может быть выше входного.

Поддерживаемые протоколы быстрой зарядки:

• PD3.1/PPS/ERP28V
• BC1.2 и APPLE
• QC2.0/QC3.0/QC3+/QC4+/QC5
• FCP и HSCP
• AFC
• MTK
• UFCS (универсальная быстрая зарядка)

Поддерживаемые выходные напряжения: 5 В, 9 В, 12 В, 15 В, 20 В, 28 В.

PPS поддерживает выходное напряжение 3,3 В-21 В с шагом 10 мВ.

Порты C2 и A1 (IP6538)

Чип для питания второго порта Type-C и порта Type-A - IP6538-AC-65W. При использовании только порта Type-C максимальный выход 20 В/3,25 А, максимальная мощность 65 Вт. При одновременном использовании обоих портов общий выход 5 В/4,8 А.

Диапазон входного напряжения: 8,2 В~32 В (оба чипа используют общий вход, поэтому максимальное напряжение 31 В)

Этот чип только понижающий, поэтому выходное напряжение не может превышать входное. Для достижения мощности 65 Вт входное напряжение должно быть выше 21 В.

Важно: IP6538 имеет две версии - 45 Вт и 65 Вт. Если нет суффикса - это 45 Вт версия! (В приведенных материалах представлено руководство для 45 Вт версии, на 65 Вт версию не удалось найти документацию)

Поддерживаемые протоколы быстрой зарядки:

• PD2.0 / PD3.0(PPS), порт Type-A не поддерживает PD-протокол
• BC1.2, Apple, Samsung
• QC2.0 и QC3.0
• MTK PE+1.1 и MTK PE+2.0
• Huawei FCP / SCP
• Samsung AFC
• Spreadtrum SFCP
• OPPO VOOC / Super VOOC (65 Вт версия чипа, кажется, не поддерживает протоколы OPPO, 45 Вт версию не тестировал, возможно, требуется оригинальный кабель для активации)

Поддерживаемые выходные напряжения: 5 В, 9 В, 12 В, 15 В, 20 В.

PPS поддерживает выходное напряжение 3,3 В~11 В с шагом 20 мВ.

Фото

Фото с лицевой стороны платы

Фото с обратной стороны платы. Перемычки на фото появилось из-за того, что в официальной схеме INJOINIC не указаны соединения проводов, поэтому при проектировании платы я допустил ошибку. В опубликованной схеме и PCB эта проблема исправлена.

Фото сбоку

После установки в корпус

Алюминиевый корпус куплен готовым, передняя и задняя крышки напечатаны на 3D-принтере.

Обзор 3D-принтера Bambu Lab P1S: https://blog.zeruns.com/archives/770.html

Фото чипа IP6557 после пайки

Фото чипа IP6538 после пайки

Пробовал сделать цветную шелкографию

Инструкция по использованию и предупреждения

1. Для выхода 28 В/5 А требуется кабель с чипом E-Marker, поддерживающий протокол PD3.1, как показано на рисунке.

2. Входной шунт (резистор измерения тока) R2 на плате имеет сопротивление 5 мОм. В чипе IP6557 ограничение входного тока установлено на 10 А. При входном напряжении 12 В для достижения мощности 140 Вт требуется входной ток не менее 12 А, что превышает ограничение и приведет к падению выходного напряжения. Чтобы решить это, можно заменить шунт R2 на резистор с меньшим сопротивлением, например 2,5 мОм (два резистора 5 мОм параллельно). Это позволит достичь максимальной мощности при низком входном напряжении, но MOSFET будет сильно нагреваться, поэтому необходим хороший теплоотвод!

На следующих двух изображениях: слева - до замены шунта (входной ток ограничен 10 А), справа - после замены (входной ток превышает 10 А). При входном напряжении 12 В я получил выход 28 В/5 А. Так как мой регулируемый источник питания может выдать максимум 12 А, я установил входное напряжение 14 В.

3. При выборе других MOSFET убедитесь, что параметр Ciss не превышает 1000 пФ, так как чип IP6557 работает на частоте 250 кГц. Высокая частота требует строгого контроля входной емкости MOSFET! Слишком высокое значение Ciss повлияет на время включения и выключения MOSFET.

Тестирование протоколов

Поддерживаемые протоколы порта C1 показаны на изображении:

Порт C1 также поддерживает протокол UFCS, но только до 33 Вт мощности.

Поддерживаемые протоколы порта C2 показаны на изображении:

Поддерживаемые протоколы порта A1 показаны на изображении:

Тестирование нагрузки

Тест порта C1: вход XT30 24 В, выход 28 В (подключено к электронной нагрузке), нагрузка 5,3 А.

Тест порта C2

Тест порта A1

Тест одновременной полной нагрузки на обоих выходах

Используемое оборудование:

• Мультиметр HP34401A с 6,5 разрядами: https://blog.zeruns.com/archives/772.html

• Регулируемый источник питания RD6012P: https://blog.zeruns.com/archives/740.html

• Осциллограф RIGOL DHO914S: https://blog.zeruns.com/archives/764.html

• Электронная нагрузка от JUWEI: https://s.click.taobao.com/2sdCaht

• Термограф UTi261M от UNI-T: https://blog.zeruns.com/archives/798.html

• Измеритель WITRN C5 (вольтметр/амперметр USB): https://s.click.taobao.com/Sy2Daht

Тестирование КПД

Ниже приведены результаты КПД при различных входных и выходных напряжениях для портов C1 и C2.

IP6557

Максимальный КПД 95,468%

Входное напряжение (В)	Входной ток (А)	Входная мощность (Вт)	Выходное напряжение (В)	Выходной ток (А)	Выходная мощность (Вт)	КПД (%)
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

Максимальный КПД 96,719%

Входное напряжение (В)	Входной ток (А)	Входная мощность (Вт)	Выходное напряжение (В)	Выходной ток (А)	Выходная мощность (Вт)	КПД (%)
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

Термография нагрева

Изображения термографии с лицевой и обратной стороны платы после 5 минут работы порта C1 на полной нагрузке 140 Вт. Температура MOSFET превышает 111°C. Для работы на полной нагрузке необходимо использовать радиатор или алюминиевый корпус с теплопроводной подложкой.

Изображения термографии с лицевой и обратной стороны платы после 10 минут работы порта C2 на полной нагрузке 65 Вт. Температура чипа IP6538 около 75°C, радиатор не требуется для длительной работы на полной нагрузке.

Термография алюминиевого корпуса при одновременной полной нагрузке обоих выходов в течение 10 минут. Максимальная температура корпуса около 65°C. Так как корпус разделен на верхнюю и нижнюю части с зазором посередине, тепло не передается на верхнюю часть и концентрируется в нижней.

Тестирование пульсаций

Формула расчета коэффициента пульсаций:

Коэффициент пульсаций = \frac{(Пиковая пульсация - Минимальная пульсация)/2}{Среднее выходное напряжение} \times 100\%

Пульсации на порту C1 при выходе 28 В (реально 27,6 В) составляют ~33 мВ, коэффициент пульсаций 0,059%

Пульсации на порту C1 при выходе 28 В 5,2 А составляют ~178 мВ, коэффициент пульсаций 0,323%

Пульсации на порту C2 при выходе 20 В без нагрузки составляют ~25 мВ, коэффициент пульсаций 0,062%

Пульсации на порту C2 при выходе 20 В 3,3 А составляют ~54 мВ, коэффициент пульсаций 0,133%

Пульсации показали довольно хорошие результаты.

Схема

IP6557:

IP6538:

Печатная плата (PCB)

Верхний слой:

Нижний слой:

Где купить комплектующие

Адреса для покупки большинства компонентов, используемых в этом проекте, находятся здесь:

• Образцы резисторов и конденсаторов 0603: https://s.click.taobao.com/XXCyZht

• TypeC розетка 16P: https://s.click.taobao.com/6HYxZht

• Чип IP6557: https://s.click.taobao.com/Jor7Fit

• Чип IP6538: https://s.click.taobao.com/aPw6Fit

• MOSFET AGM405Q: https://s.click.taobao.com/0aR6Fit

• XT30PW-M разъем: https://s.click.taobao.com/cPB6Fit

• Индуктивность PQ2012 с плоским проводом 10 мкГн: https://s.click.taobao.com/SoguZht

• Кольцевой дроссель 50125 горизонтальный 10 мкГн 10 А: https://s.click.taobao.com/B6quZht

• Твердотельный конденсатор 35 В 220 мкФ: https://s.click.taobao.com/CxL3Fit

• Твердотельный конденсатор 35 В 100 мкФ: https://s.click.taobao.com/z9FtZht

• Алюминиевый корпус: https://s.click.taobao.com/xmRkZht

Рекомендуется приобретать компоненты в LCSC (立创商城): https://activity.szlcsc.com/invite/D03E5B9CEAAE70A4.html

Нажав на таблицу компонентов (BOM) в ссылке на открытые данные, можно сразу заказать компоненты в магазине LCSC и одним щелчком импортировать их в корзину.

Ссылки для загрузки материалов

Ниже приведены ссылки для загрузки: проект EDA LCSC, PDF-файлы схем, документация на различные используемые микросхемы, 3D-модели корпусов.

Ссылка для загрузки с Baidu Netdisk: https://pan.baidu.com/s/1RJNC_v2P1YijWpv1sFXowQ?pwd=89hi Код для извлечения: 89hi

Ссылка для загрузки с 123 Cloud: https://www.123pan.com/s/2Y9Djv-BItvH.html Код для извлечения: 0nEm

Если вам это полезно, вы можете перейти по ссылке 123 Cloud выше и оставить мне пожертвование. Если вы читаете статью в WeChat (公众号: zeruns-gzh), можно также нажать “Нравится автору” внизу статьи для пожертвования. Спасибо.

Рекомендуемые открытые проекты

• Создан открытый трехфазный измеритель потребления электроэнергии, который позволяет удобно отслеживать потребление электроэнергии в доме: https://blog.zeruns.com/archives/771.html
• Шаблон проекта LVGL на базе STM32F407 (экран MSP3526) с FreeRTOS и без ОС: https://blog.zeruns.com/archives/788.html
• Цифровой источник питания с синхронным выпрямлением Buck-Boost на базе STM32, открытый проект: https://blog.zeruns.com/archives/791.html
• Модуль питания с автоматическим повышением/понижением напряжения LM25118: https://blog.zeruns.com/archives/727.html
• Модуль повышающего преобразователя EG1164 с синхронным выпрямлением большой мощности, КПД до 97%: https://blog.zeruns.com/archives/730.html
• 4G-узел мониторинга окружающей среды (температура, влажность, давление и т.д.) на базе Air700E от Quectel, данные передаются через MQTT на платформу Alibaba Cloud IoT: https://blog.zeruns.com/archives/747.html
• Интеллектуальная нагрузка с открытым исходным кодом на базе CH32V307, проект для конкурса встроенных систем: https://blog.zeruns.com/archives/785.html
• Модуль питания с регулируемым повышением/понижением напряжения EG1151 большой мощности с синхронным выпрямлением (поддерживает быструю зарядку Type-C PD): https://blog.zeruns.com/archives/794.html

Рекомендуем к прочтению

• Рекомендации по недорогим и выгодным VPS/облачным серверам: https://blog.zeruns.com/archives/383.html
• Руководство по запуску сервера Minecraft: https://blog.zeruns.com/tag/mc/
• Создание блога без программирования! Подробное руководство по созданию персонального блога: https://blog.zeruns.com/archives/783.html
• Руководство по настройке сервера проброса портов (NPS): https://blog.zeruns.com/archives/741.html
• Обзор облачного сервера Yuyun (Нинбо) 8272CL с высокой пропускной способностью и защитой от DDoS-атак, до 500 Мбит/с и облачный диск на 1 ТБ: https://blog.zeruns.com/archives/789.html
• Тестирование и разборка зарядного устройства за 2,6 юаня из магазина Douyin: https://blog.zeruns.com/archives/786.html

[CCC]

как реализовать снижение мощности NTC?

[zeruns]

Я не совсем понимаю ваш вопрос. Не могли бы вы уточнить?

[CCC]

В техническом описании указано, что IP6557_C поддерживает датчик температуры NTC, но в нём не уточняется, какой вывод GPIO используется для подключения NTC. Не могли бы вы подтвердить правильный вывод для подключения датчика NTC?
Кроме того, как можно уменьшить или регулировать выходную мощность на основе показаний температуры?

[zeruns]

У IP6557 есть 4 порта GPIO, которые могут использоваться как входы АЦП. Можно подключить NTC через делитель напряжения с обычным резистором к этим портам GPIO/АЦП. Однако в стандартной прошивке чипа IP6557, похоже, не реализована функция сбора данных о температуре. Для этого необходимо запросить у официального производителя Yingjixin специальную прошивку (обычно они изготавливают такие прошивки только при крупных заказах). Также доступна версия с интерфейсом I2C, позволяющая считывать различные параметры и осуществлять управление через I2C.