Abriendo el código de un cargador GaN de 65 W con carga rápida PD, basado en el chip de alimentación DK8607AD, topología Active Clamp Flyback (ACF), IP6538-AC-65W + XPM52CDP65.
¡La dirección para descargar los materiales está al final del artículo!
Imágenes reales
Frente y dorso de la placa base de alimentación GaN con flyback y frente de la pequeña placa DCDC de carga rápida:
Vista posterior de la pequeña placa DCDC de carga rápida:
Descripción del proyecto
Este proyecto consta de una placa base de alimentación GaN con flyback (24 V/3 A) y una pequeña placa DCDC de carga rápida de 65 W.
La pequeña placa de carga rápida tiene dos diseños diferentes:
- Chip IP6538-AC-65W, conversión Buck, MOSFET integrado, puertos A+C
- Chip XPM52CDP65, conversión Buck, MOSFET integrado, único puerto Type-C
La placa base de alimentación GaN utiliza la topología Active Clamp Flyback (ACF). En el lado primario se emplea el chip de alimentación DK8607AD de Dongke, que integra dos transistores GaN, con una frecuencia máxima de conmutación de 1 MHz. En el lado secundario se puede usar rectificación con diodo Schottky HBR20200P5 o rectificación síncrona mediante UCC24612+HSBB15N15S, siendo posible soldar solo uno de los dos según necesidad.
En realidad, este proyecto fue un fracaso, ya que la placa base de alimentación GaN no funciona correctamente; sin embargo, la pequeña placa DCDC de carga rápida de 65 W pasó las pruebas sin problemas. Publico esto para pedir ayuda a los expertos y ver dónde está el error.
Se soldaron cuatro placas base de alimentación en total. A continuación describo brevemente los problemas encontrados:
- Placa 1: Al encenderla no arranca, sin salida, sin voltaje en el devanado auxiliar, potencia de entrada ~0.5 W.
- Placa 2: Al encenderla explotó el chip DK8607AD, causando cortocircuito en la entrada.
- Placa 3: No arranca al encender, potencia de entrada ~0.5 W, sin voltaje en el devanado auxiliar. Sin embargo, al desconectar repentinamente la red eléctrica, se activó momentáneamente, generando unos 15 V tras la rectificación y filtrado del devanado auxiliar durante decenas de microsegundos antes de apagarse, y luego el chip DK8607AD explotó.
- Placa 4: Al encenderla explotaron inmediatamente el chip DK8607AD y la resistencia de detección de corriente, quedando en estado abierto tras la explosión.
Fotos de las placas tras la explosión del chip:
Parámetros del transformador y datos medidos
Cálculo realizado con el software SMPSKit. Enlace para descargar el software: https://bbs.eeclub.top/t/smpskit/196
Captura de pantalla con los resultados del cálculo del transformador:
El núcleo del transformador es PQ2020, inductancia del bobinado primario: 63 μH. Especificaciones del bobinado según la tabla siguiente:
| Capa | Terminales | Especificación del cable | Vueltas | Método de bobinado |
|---|---|---|---|---|
| 1ª | 1-2 | Φ0.2 mm × 7 (cable de Litz) | 6 | Espaciado |
| 2ª | 5-6 | Φ0.2 mm × 7 (cable de Litz) | 2 | Espaciado |
| 3ª | 10-12 | Φ0.2 mm × 20 (cable de Litz) | 3 | Espaciado |
| 4ª | 2-3 | Φ0.2 mm × 7 (cable de Litz) | 6 | Espaciado |
Documento técnico del transformador mostrado a continuación:
Inductancia medida del bobinado primario tras el montaje: 69.576 μH.
La inductancia de fuga del primario es de 1.2 μH, un poco alta. El transformador fue bobinado manualmente, por lo que probablemente no quedó bien hecho.
Pruebas de la pequeña placa DCDC de carga rápida
XPM52CDP65
XPM52C es un convertidor reductor con interruptores síncronos integrados, compatible con múltiples protocolos de carga rápida como USB Type-C y PD, Qualcomm QC 2.0/3.0/3.0+, Huawei FCP/SCP/HVSCP, VOOC 2.0/4.0, MediaTek PE, Samsung AFC, USB BC1.2 DCP y Apple 2.4A. Ofrece una solución completa para cargadores de coche, adaptadores de carga rápida y enchufes inteligentes. XPM52C detecta automáticamente el voltaje de entrada (VIN) y ajusta el voltaje de salida en consecuencia. Integra MOSFETs de potencia, admite hasta 31 V de entrada, rango de salida de 3.3 V a 21 V, con potencia máxima de salida de 65 W, capaz de ajustar automáticamente voltaje y corriente según el protocolo detectado. Tiene características CV/CC: en modo CV cuando la corriente es baja, y CC cuando supera el límite. Incluye compensación de caída de tensión por cable (line compensation). Incorpora la tecnología patentada XPD-LINK para comunicación entre múltiples puertos Type-C. Soporta grabación secundaria y actualización en línea. Incluye múltiples protecciones: sobre-tensión y sub-tensión de entrada, cortocircuito y sobrecorriente de salida, y protección térmica. Viene en encapsulado QFN4x4-16L.
Prueba de protocolos de carga rápida: Protocolos soportados confirmados: PD3.0 FIX 65 W, PPS 63 W, QC2 20 V, QC3 20 V, QC3.0+, QC4+, QC5, FCP 12 V, AFC 9 V, iP 2.4A.
El medidor de corriente USB usado en la prueba es el Ruiken X3: https://s.click.taobao.com/575iCMn
Prueba bajo carga: Voltaje de entrada 24 V, salida forzada a 20 V mediante PD, corriente establecida en 3.3 A con carga electrónica. Potencia de salida medida: 67.74 W, potencia de entrada: 70.8 W, eficiencia: 95.65%. Resultado bastante bueno.
Imagen térmica en máxima potencia: Temperatura máxima del chip ≈90.3 °C (con una pequeña disipación adicional).
IP6538
IP6538 es un circuito integrado SOC con convertidor reductor y conmutadores síncronos integrados, compatible con 14 protocolos de carga rápida, con doble salida que soporta Type-C y USB PD2.0/PD3.0(PPS). Ofrece soluciones completas para cargadores de coche, adaptadores rápidos y enchufes inteligentes. Soporta doble USB Type-C, USB Type-C + USB A, o doble USB A. Incluye detección automática de inserción en ambos puertos. Cualquier puerto individual puede entregar carga rápida. Cuando ambos puertos están en uso, ambos entregan 5 V con una potencia combinada de 5 V/4.8 A. Integra MOSFETs de potencia, rango de voltaje de entrada: 8.2 V a 32 V, rango de salida: 3 V a 20 V.
Prueba de protocolos de carga rápida: Protocolos soportados confirmados: PD3.0 FIX 65 W, PPS 63 W, QC2 20 V, QC3 20 V, QC4+, QC5, PE1.1, PE2.0, iP 2.4A.
Prueba bajo carga: Voltaje de entrada 24 V, salida forzada a 20 V mediante PD, corriente establecida en 2.7 A con carga electrónica. Potencia de salida medida: 55.41 W, potencia de entrada: 57.35 W, eficiencia: 96.62%.
No sé si es problema mío o del lote de chips, pero al superar 2.7 A se activa la protección. En otro proyecto con el mismo esquema no tuve este problema. Módulo de carga rápida buck-boost de 140 W + 65 W con PD3.1 (2C+1A), IP6557+IP6538: https://blog.zeruns.com/archives/801.html
Imagen térmica en máxima potencia: Temperatura máxima del chip ≈87.6 °C, sin disipador.
Esquemáticos
Placa base de alimentación GaN con flyback
Pequeña placa de carga rápida XPM52CDP65
Pequeña placa de carga rápida IP6538
PCB
Placa base de alimentación GaN con flyback
Pequeña placa de carga rápida XPM52CDP65
Pequeña placa de carga rápida IP6538
Enlaces para comprar componentes
Aquí están los enlaces para comprar algunos de los componentes utilizados en este proyecto:- Muestra de resistencias y capacitores 0402/0603: https://s.click.taobao.com/3rAjyQn
- Plantilla SMT: https://s.click.taobao.com/EMrr8Gn
- Núcleo y armazón PQ2020: https://s.click.taobao.com/DLPE8Gn
- MSB40M: https://s.click.taobao.com/ToQ68Gn
- NTC 5D-7: https://s.click.taobao.com/LrD08Gn
- XPM52CDP65: https://s.click.taobao.com/8r3VxQn
- Cable de Litz: https://s.click.taobao.com/IuyT7Gn
- Capacitor sólido SMD: https://s.click.taobao.com/xylswQn
Se recomienda comprar los componentes electrónicos en LCSC (Tienda de Creación Electrónica): https://activity.szlcsc.com/invite/D03E5B9CEAAE70A4.html
En el enlace de código abierto de LCSC, haga clic en “Generar pedido ahora en LCSC” en la tabla BOM para importar directamente todos los componentes necesarios al carrito de compras.
Enlaces para descarga de materiales
Los materiales incluyen: archivos del proyecto en EasyEDA, esquemático en PDF, software SMPSKit, hojas técnicas de los chips utilizados, ayuda para soldadura (BOM interactiva), especificaciones del transformador, archivos Gerber y archivo de plantilla SMT con 3 placas unidas (10*10 cm o menos, plantilla SMT en Taobao, alrededor de 15 RMB).
- Descarga desde 123 Cloud Pan: https://www.123865.com/s/2Y9Djv-MaddH
- Descarga desde Baidu Wangpan: https://pan.baidu.com/s/1yrOYifFEItxbd1aHXmoq4A?pwd=6k1n Código de extracción: 6k1n
- Enlace del proyecto en OSHWHub: https://oshwhub.com/zeruns/pd65w-gallium-nitride-charger
Grupo QQ para intercambio técnico de electrónica/microcontroladores: 2169025065
Comunidad de ingenieros electrónicos eeClub: https://bbs.eeclub.top/
Proyectos de código abierto recomendados- Publicado un medidor trifásico de consumo eléctrico de código abierto, ideal para monitorear fácilmente el uso de electricidad en casa: https://blog.zeruns.com/archives/771.html
- Fuente de alimentación digital Buck-Boost con rectificación síncrona basada en STM32, proyecto de código abierto: https://blog.zeruns.com/archives/791.html
- Módulo de fuente DCDC ajustable con elevación/bajada automática LM25118: https://blog.zeruns.com/archives/727.html
- Carga electrónica inteligente de código abierto basada en CH32V307, proyecto presentado en una competencia embebida: https://blog.zeruns.com/archives/785.html
- Módulo de fuente de alimentación sincrónica ajustable EG1151 de alta potencia con conversión ascendente/descendente (admite entrada rápida Type-C PD), versión abierta: https://blog.zeruns.com/archives/794.html
- Módulo de carga rápida PD3.1 140W+65W de código abierto (2 puertos tipo C + 1 puerto tipo A), IP6557+IP6538, cargador de escritorio de 205W: https://blog.zeruns.com/archives/801.html
- Dock USB tipo C de código abierto, con 4 puertos USB-A de 10Gbps + tarjeta de red 2.5G + lector de tarjetas: https://blog.zeruns.com/archives/868.html
- 【Código abierto】Fuente de alimentación conmutada flyback 24V 3A (basada en UC3842, incluye cálculos del circuito y parámetros del transformador): https://blog.zeruns.com/archives/910.html
- 【Código abierto】Fuente DCDC regulable升降压 basada en SC8703 (Buck-Boost), voltaje y corriente ajustables, compatible con entrada rápida PD: https://blog.zeruns.com/archives/929.html
Lecturas recomendadas
- Recomendación de VPS/servidores en la nube económicos y de alto rendimiento: https://blog.zeruns.com/archives/383.html
- Tutorial para crear tu propio servidor de Minecraft: https://blog.zeruns.com/tag/mc/
- Análisis y desmontaje del GL-RM1PE: convierte una PC común en un sistema con gestión remota BMC: https://blog.zeruns.com/archives/900.html
- Guía para instalar Discourse: crea desde cero un foro comunitario con el software open source Discourse: https://blog.zeruns.com/archives/919.html
- OWON HDS160 Multímetro con osciloscopio - análisis inicial y desmontaje: https://blog.zeruns.com/archives/927.html
- Guía rápida para montar servidores de Minecraft, compatible con todas las versiones (Forge, Fabric, Paper, Bedrock, etc.): https://blog.zeruns.com/archives/923.html
Versión en inglés del artículo: https://blog.zeruns.top/archives/85.html