Mô-đun sạc nhanh PD3.1 hạ áp tăng áp 140W+65W mã nguồn mở (2C+1A), IP6557+IP6538, bộ sạc để bàn 205W

Thực hành Dự án Dự án Mã Mở
1

Mở nguồn một mô-đun sạc nhanh 205W tăng/giảm áp dựa trên chip IP6557 và IP6538 (140W+65W), trong đó một cổng Type-C hỗ trợ giao thức PD3.1, đầu ra tối đa 28V5A, cổng còn lại là Type-A + Type-C, đầu ra tối đa 65W (20V3.25A). Có thể kết hợp với nguồn chuyển mạch 24V10A để tạo thành bộ sạc nhanh 205W giá rẻ! Hiệu suất chuyển đổi tối đa 96.7%

Làm chưa tốt lắm, mong các cao thủ đừng ném đá. Nếu thấy có chỗ nào cần cải tiến, vui lòng để lại đề xuất ở phần bình luận, hoan nghênh trao đổi thân thiện.

Cung cấp đầy đủ tài liệu, có thể tự sao chép lại, địa chỉ tải tài liệu ở cuối bài viết!

Video demo: https://www.bilibili.com/video/BV1HM4m1U7Hc/

Liên kết mở nguồn trên nền tảng Seeed Studio: https://url.zeruns.com/99439

Nhóm QQ trao đổi kỹ thuật điện tử vi điều khiển: 2169025065

Lời mở đầu

Kết hợp mô-đun sạc này với nguồn chuyển mạch 24V10A sẽ tạo thành bộ sạc nhanh hai cổng 205W giá rẻ! (Nguồn 24V10A mua khoảng 30 NDT)

Dùng cáp chuyển đổi từ ổ cắm thuốc lá ô tô sang đầu DC/Xiangli XT30 có thể biến nó thành bộ sạc nhanh trên xe, bộ sạc ô tô 140W+65W!

Mô-đun có 2 cổng đầu vào XT30 và DC5.5 (không được dùng đồng thời 2 cổng đầu vào vì chúng được mắc song song!).

Dải điện áp đầu vào của mô-đun: 8.2~31V

C1 là tăng/giảm áp, điện áp đầu vào có thể thấp hơn đầu ra, C2 và A là giảm áp, điện áp đầu ra chỉ thấp hơn đầu vào!

Tôi mua 8 chip IP6557, hàn hết lên board nhưng 4 chip bị lỗi (hiện tượng lỗi đa dạng), chỉ có 4 chip tốt, không rõ là chất lượng chip hay do tôi hàn (đặt nhiệt độ mỏ hàn 230 độ, không có hàn giả). Chip IP6538 đều tốt, không gặp vấn đề gì. Hai loại chip này đều mua ở cùng một cửa hàng.

Tôi làm vài sản phẩm hoàn chỉnh, ai muốn mua có thể vào nhóm hỏi.

Thông số và giới thiệu

C1 (IP6557)

Chip nguồn cổng Type-C đầu tiên là IP6557-C của INJOINIC, công suất đầu ra tối đa 140W, điện áp tối đa 28V/5A (thực tế có thể đạt 6A).

Dải điện áp đầu vào: 5~31V

Chip này có chức năng tăng/giảm áp nên điện áp đầu ra có thể cao hơn đầu vào.

Hỗ trợ các giao thức sạc nhanh sau:

  • PD3.1/PPS/ERP28V
  • BC1.2 và APPLE
  • QC2.0/QC3.0/QC3+/QC4+/QC5
  • FCP và HSCP
  • AFC
  • MTK
  • UFCS (sạc nhanh tích hợp)

Hỗ trợ điện áp đầu ra: 5V, 9V, 12V, 15V, 20V, 28V.

PPS hỗ trợ 3.3V-21V, bước điện áp 10mV/step.

C2 và A1 (IP6538)

Cổng Type-C thứ hai và cổng Type-A dùng chip IP6538-AC-65W, khi dùng riêng cổng Type-C đạt tối đa 20V/3.25A, công suất 65W; khi dùng đồng thời hai cổng, cả hai đều đầu ra 5V, tổng công suất 5V/4.8A.

Dải điện áp đầu vào: 8.2V~32V (hai chip dùng chung cổng đầu vào nên vẫn giới hạn 31V)

Chip này là loại giảm áp, điện áp đầu ra không thể cao hơn đầu vào, muốn đạt công suất 65W thì điện áp đầu vào phải trên 21V.

Lưu ý: IP6538 có hai phiên bản 45W và 65W, loại không có hậu tố -65W là bản 45W! (Tài liệu kỹ thuật cung cấp ở phần dưới là bản 45W, bản 65W không tìm thấy datasheet)

Hỗ trợ các giao thức sạc nhanh sau:

  • PD2.0 / PD3.0(PPS), cổng Type-A không hỗ trợ PD
  • BC1.2, Apple, giao thức Samsung
  • QC2.0 và QC3.0
  • MTK PE+1.1 và MTK PE+2.0
  • Giao thức Huawei FCP / SCP
  • Giao thức Samsung AFC
  • Giao thức Spreadtrum SFCP
  • Giao thức OPPO VOOC / Super VOOC (chip bản 65W dường như không hỗ trợ OPPO, bản 45W chưa thử, có thể cần cáp zin mới kích hoạt được)

Hỗ trợ điện áp đầu ra: 5V, 9V, 12V, 15V, 20V.

PPS hỗ trợ 3.3V~11V, bước 20mV/step.

Hình ảnh thực tế

Mặt trước bo mạch

4221×4801 1.82 MB

Mặt sau bo mạch, dây nối chéo trong hình dưới là do sơ đồ ứng dụng trong datasheet chính hãng của INJOINIC không dùng dấu chấm tại điểm giao nhau, khiến tôi vẽ sai không nối, phải dùng dây chéo để sửa. Sơ đồ nguyên lý và PCB đã được sửa lỗi này.

4249×5134 1.73 MB

Cạnh bo mạch

5824×2590 1.29 MB

Lắp vào vỏ nhôm

5092×3598 1.88 MB

Vỏ nhôm này là mua sẵn, nắp trước/sau do tôi tự in 3D.

Trải nghiệm máy in 3D Bambu Lab P1SC: https://blog.zeruns.com/archives/770.html

4787×3803 1.5 MB

Hình ảnh cận cảnh chip IP6557 sau khi hàn

5824×3907 1.03 MB

Hình ảnh cận cảnh chip IP6538 sau khi hàn

5824×3892 929 KB

Thử nghiệm in lụa màu

4149×5145 1.75 MB

Hướng dẫn sử dụng & Lưu ý

1. Muốn đầu ra 28V/5A phải dùng cáp có chip E-Marker và hỗ trợ PD3.1, như hình dưới.

5824×3294 844 KB

2. Điện trở lấy mẫu dòng đầu vào của board (shunt resistor) R2 là 5mΩ, chip IP6557 giới hạn dòng đầu vào ở 10A. Khi đầu vào 12V muốn đạt 140W cần dòng đầu vào tối thiểu 12A vượt quá giới hạn, khiến điện áp đầu ra giảm không đạt công suất tối đa. Có thể thay R2 bằng điện trở nhỏ hơn như 2.5mΩ (dùng 2 điện trở 5mΩ mắc song song) để đạt công suất tối đa khi đầu vào 12V, tuy nhiên dòng điện tăng cao khiến MOSFET phát nhiệt rất lớn, bắt buộc phải có tản nhiệt!

Hai hình dưới là kết quả trước/sau khi thay điện trở lấy mẫu dòng đầu vào. Hình đầu tiên bị giới hạn dòng dưới 10A, hình thứ hai dòng đầu vào vượt 10A, có thể đạt 28V/5A khi đầu vào 12V. Vì nguồn điều chỉnh của tôi chỉ cấp tối đa 12A nên tôi đặt đầu vào 14V để thử nghiệm.

5824×4368 1.89 MB

5824×4368 1.8 MB

3. Nếu chọn MOSFET khác cần lưu ý tham số Ciss phải nhỏ hơn 1000pF vì tần số chuyển mạch của IP6557 là 250kHz, tần số cao yêu cầu nghiêm ngặt về điện dung đầu vào của MOSFET! Ciss quá cao sẽ ảnh hưởng đến thời gian mở/ngắt của MOSFET.

Kiểm tra giao thức hỗ trợ

Cổng C1 hỗ trợ các giao thức như hình:

5624×3583 1.85 MB

Cổng C1 còn hỗ trợ UFCS nhưng chỉ đến 33W.

5538×4061 1.95 MB

Cổng C2 hỗ trợ các giao thức như hình:

5251×2977 1.16 MB

Cổng A hỗ trợ các giao thức như hình:

5824×3206 1.28 MB

Kiểm tra tải đầu ra

Kiểm tra cổng C1, đầu vào XT30 24V, đầu ra giả lập 28V nối với tải điện tử, đặt dòng tải 5.3A.

5824×4368 1.92 MB

Kiểm tra cổng C2

5824×4368 1.74 MB

Kiểm tra cổng A

5824×4368 1.8 MB

Kiểm tra hai cổng cùng đầy tải

4368×5824 1.44 MB

Thiết bị dùng để kiểm tra:

Kiểm tra hiệu suất chuyển đổi

Dưới đây là kết quả hiệu suất ở các mức điện áp đầu vào/đầu ra khác nhau, đo riêng cho cổng C1 và C2.

IP6557

Hiệu suất tối đa 95.468%

Điện áp vào(V) Dòng vào(A) Công suất vào(W) Điện áp ra(V) Dòng ra(A) Công suất ra(W) Hiệu suất(%)
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

Hiệu suất tối đa 96.719%

Điện áp vào(V) Dòng vào(A) Công suất vào(W) Điện áp ra(V) Dòng ra(A) Công suất ra(W) Hiệu suất(%)
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

Hình ảnh nhiệt (thermal imaging)

Hình ảnh nhiệt sau khi cổng C1 chạy đầy tải 140W 5 phút, MOSFET đạt nhiệt độ tối đa trên 111℃, muốn chạy đầy tải bắt buộc phải có tản nhiệt hoặc vỏ nhôm, đồng thời dùng pad dẫn nhiệt.

1680×1260 200 KB

1680×1260 190 KB

Hình ảnh nhiệt sau khi cổng C2 chạy đầy tải 65W 10 phút, chip IP6538 đạt khoảng 75℃, có thể chạy đầy tải lâu dài không cần tản nhiệt.

1680×1260 180 KB

1680×1260 166 KB

Hình ảnh nhiệt khi hai cổng cùng đầy tải 10 phút, vỏ nhôm đạt khoảng 65℃, vì vỏ này thiết kế hai nửa trên/dưới có khe hở nên nhiệt không dẫn lên vỏ trên được, tập trung ở vỏ dưới.

1680×1260 170 KB

Kiểm tra độ gợn sóng

Công thức tính tỷ lệ gợn sóng:

Tỷ lệ gợn sóng = \frac{(Đỉnh gợn sóng - Đáy gợn sóng)/2}{Điện áp trung bình đầu ra} \times 100\%

C1 đầu ra 28V (thực tế 27.6V) có độ gợn sóng đỉnh-đáy khoảng 33mV, tỷ lệ 0.059%

5824×3460 1.47 MB

C1 đầu ra 28V5.2A có độ gợn sóng đỉnh-đáy khoảng 178mV, tỷ lệ 0.323%

5824×3868 1.41 MB

C2 không tải 20V có độ gợn sóng đỉnh-đáy khoảng 25mV, tỷ lệ 0.062%

5824×3845 1.53 MB

C2 đầu ra 20V3.3A có độ gợn sóng đỉnh-đáy khoảng 54mV, tỷ lệ 0.133%

5824×3883 1.46 MB

Độ gợn sóng khá tốt.

Sơ đồ nguyên lý

IP6557:

1170×825 91 KB

IP6538:

1170×825 73.6 KB

PCB

Lớp trên:

1549×956 530 KB

Lớp dưới:

1555×947 537 KB

Địa chỉ mua linh kiện

Đây là địa chỉ mua hàng cho hầu hết các linh kiện được sử dụng trong dự án này:

Đề nghị mua linh kiện tại Lịch Sáng Thương Thành: https://activity.szlcsc.com/invite/D03E5B9CEAAE70A4.html

Truy cập liên kết Lịch Sáng Thương Thành trong phần BOM để đặt hàng ngay, các linh kiện cần dùng sẽ được thêm vào giỏ hàng chỉ với một cú nhấp chuột.

Địa chỉ tải tài liệu

Liên kết tải xuống dưới đây bao gồm: Dự án Lịch Sáng EDA, tệp PDF sơ đồ mạch, sổ tay dữ liệu các chip sử dụng, tệp mô hình 3D vỏ máy.

Liên kết tải từ Baidu Cloud: https://pan.baidu.com/s/1RJNC_v2P1YijWpv1sFXowQ?pwd=89hi Mã tải: 89hi
Liên kết tải từ 123 Cloud: https://www.123pan.com/s/2Y9Djv-BItvH.html Mã tải: 0nEm

Nếu bạn thấy nội dung hữu ích, hãy vào liên kết 123 Cloud phía trên để ủng hộ tôi. Nếu là bài viết trên WeChat (tài khoản công chúng: zeruns-gzh), bạn cũng có thể nhấn vào “Thích tác giả” dưới bài viết để ủng hộ. Cảm ơn bạn!

Gợi ý các dự án mã nguồn mở khác

Bài viết đề xuất