Mở nguồn một bộ sạc GaN 65W PD, sử dụng chip nguồn DK8607AD, cấu trúc Active Clamp Flyback (ACF), IP6538-AC-65W + XPM52CDP65.
Địa chỉ tải tài liệu ở cuối bài viết!
Hình ảnh thực tế
Hình mặt trước và mặt sau bản mạch nguồn phản hồi GaN và mặt trước bản mạch nhỏ DCDC sạc nhanh:
Hình mặt sau bản mạch nhỏ DCDC sạc nhanh:
Mô tả dự án
Dự án này gồm có bản mạch nguồn phản hồi GaN (24V/3A) và bản mạch nhỏ DCDC sạc nhanh 65W;
Trong đó bản mạch nhỏ sạc nhanh có hai thiết kế:
- Chip IP6538-AC-65W, giảm áp Buck, tích hợp MOSFET, hai cổng A+C
- Chip XPM52CDP65, giảm áp Buck, tích hợp MOSFET, một cổng Type-C
Giải pháp cho bản mạch nguồn phản hồi GaN: phía sơ cấp sử dụng chip nguồn DK8607AD của Dongke, tích hợp hai transistor GaN, tần số chuyển mạch tối đa 1MHz; phía thứ cấp dùng chỉnh lưu bằng diode Schottky HBR20200P5 hoặc dùng chỉnh lưu đồng bộ UCC24612+HSBB15N15S, thiết kế để hàn lựa chọn một trong hai.
Thực ra dự án này là một thất bại, vì bản mạch nguồn phản hồi GaN không hoạt động bình thường, tuy nhiên bản mạch nhỏ DCDC sạc nhanh 65W đã được kiểm tra và hoạt động tốt. Tôi chia sẻ ra đây để hỏi ý kiến các cao thủ, xem vấn đề nằm ở đâu.
Tổng cộng đã hàn bốn bản mạch nguồn, dưới đây là mô tả ngắn về từng bản:
- Bản 1: cấp điện không khởi động, không có đầu ra, cuộn phụ không có điện áp, công suất đầu vào khoảng 0.5W
- Bản 2: cấp điện làm nổ chip DK8607AD, sau đó gây ngắn mạch đầu vào
- Bản 3: cấp điện không khởi động, công suất đầu vào khoảng 0.5W, cuộn phụ không có điện áp; nhưng khi ngắt điện lưới đột ngột thì khởi động được, sau khi chỉnh lưu và lọc trên cuộn phụ có điện áp khoảng 15V, duy trì vài chục micro giây rồi mất điện, đồng thời chip DK8607AD bị nổ
- Bản 4: vừa cấp điện lập tức nổ chip DK8607AD và điện trở cảm biến dòng, sau khi nổ chuyển sang trạng thái hở mạch
Hình ảnh bản mạch sau khi nổ chip:
Thông số và dữ liệu đo thực tế của biến áp
Tính toán bằng phần mềm SMPSKit, địa chỉ tải phần mềm: https://bbs.eeclub.top/t/smpskit/196
Ảnh chụp kết quả tính toán biến áp:
Khung biến áp là PQ2020, độ tự cảm cuộn sơ cấp 63μH, thông số cuộn dây như bảng sau:
| Lớp cuộn | Đầu nối | Quy cách dây quấn | Số vòng | Cách quấn |
|---|---|---|---|---|
| Lớp 1 | 1-2 | Φ0.2mm*7 (dây Litz) | 6 | Thưa |
| Lớp 2 | 5-6 | Φ0.2mm*7 (dây Litz) | 2 | Thưa |
| Lớp 3 | 10-12 | Φ0.2mm*20 (dây Litz) | 3 | Thưa |
| Lớp 4 | 2-3 | Φ0.2mm*7 (dây Litz) | 6 | Thưa |
Bản vẽ hướng dẫn quấn biến áp như hình dưới:
Sau khi quấn xong biến áp, đo thực tế độ tự cảm cuộn sơ cấp là 69.576μH.
Độ cảm ứng rò của cuộn sơ cấp biến áp là 1.2μH, hơi lớn một chút, do biến áp quấn tay nên chưa đạt yêu cầu.
Kiểm tra bản mạch nhỏ DCDC sạc nhanh
XPM52CDP65
XPM52C là bộ chuyển đổi buck tích hợp công tắc đồng bộ, hỗ trợ nhiều giao thức sạc nhanh đầu ra, hỗ trợ USB Type-C và nhiều giao thức sạc nhanh PD, bao gồm USB Type-C và giao thức 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 và tiêu chuẩn sạc Apple 2.4A, cung cấp giải pháp hoàn chỉnh cho các thiết bị cấp nguồn như bộ sạc ô tô, bộ sạc adapter nhanh, ổ cắm thông minh… XPM52C có chức năng nhận diện tự động điện áp đầu vào VIN, điều chỉnh điện áp đầu ra theo điện áp đầu vào. XPM52C tích hợp MOS công suất, điện áp hoạt động đầu vào tối đa 31V, dải điện áp đầu ra từ 3.3V đến 21V, có thể cung cấp công suất đầu ra tối đa 65W, tự động điều chỉnh điện áp và dòng điện đầu ra theo giao thức sạc nhanh được nhận diện. Đầu ra XPM52C có đặc tính CV/CC: khi dòng đầu ra nhỏ hơn giá trị đặt, hoạt động ở chế độ CV (điện áp ổn định); khi dòng đầu ra lớn hơn giá trị đặt, chuyển sang chế độ CC (giảm điện áp). Điện áp đầu ra XPM52C có chức năng bù dây, khi dòng tăng sẽ nâng điện áp đầu ra tương ứng để bù tổn thất do điện trở dây nối. XPM52C đặc biệt tích hợp công nghệ truyền thông liên kết XPD-LINK độc quyền. Nhờ chức năng XPD-LINK, XPM52C có thể dễ dàng và linh hoạt ứng dụng trong các giải pháp sạc nhiều cổng Type-C. XPM52C hỗ trợ ghi lại lần hai, có thể cập nhật trực tuyến. XPM52C có nhiều chức năng bảo vệ: bảo vệ quá áp, thiếu áp đầu vào, bảo vệ ngắn mạch, quá dòng đầu ra, bảo vệ quá nhiệt. XPM52C sử dụng vỏ QFN4x4-16L.
Kiểm tra giao thức sạc nhanh, các giao thức thực tế hỗ trợ gồm: PD3.0 FIX 65W, PPS 63W, QC2 20V, QC3 20V, QC3.0+, QC4+, QC5, FCP 12V, AFC 9V, iP 2.4A.
Đồng hồ đo dòng USB dùng để thử nghiệm là Ruiken X3: https://s.click.taobao.com/575iCMn
Kiểm tra mang tải, điện áp đầu vào 24V, giả lập PD đầu ra 20V, tải điện tử đặt dòng 3.3A, công suất đầu ra thực tế đo được 67.74W, công suất đầu vào 70.8W, hiệu suất chuyển đổi 95.65%, hiệu suất khá tốt.
Hình ảnh nhiệt khi làm việc công suất cực đại, nhiệt độ cao nhất của chip khoảng 90.3℃ (sau khi dán thêm miếng tản nhiệt nhỏ)
IP6538
IP6538 là một IC SOC tích hợp bộ chuyển đổi buck với công tắc đồng bộ, hỗ trợ 14 giao thức sạc nhanh đầu ra, hỗ trợ hai cổng đầu ra với giao thức Type-C và USB PD2.0/PD3.0(PPS), cung cấp giải pháp hoàn chỉnh cho bộ sạc xe hơi, bộ sạc adapter nhanh, ổ cắm thông minh. Hỗ trợ hai cổng USB Type-C, hoặc USB Type-C và USB A, hoặc hai cổng USB A, tích hợp chức năng phát hiện tự động cắm/rút hai cổng, bất kỳ cổng nào dùng riêng đều hỗ trợ sạc nhanh; khi cả hai cổng cùng dùng, cả hai đều xuất 5V, tổng công suất 5V/4.8A. Tích hợp MOS công suất, dải điện áp đầu vào từ 8.2V đến 32V, dải điện áp đầu ra từ 3V đến 20V.
Kiểm tra giao thức sạc nhanh, các giao thức thực tế hỗ trợ gồm: PD3.0 FIX 65W, PPS 63W, QC2 20V, QC3 20V, QC4+, QC5, PE1.1, PE2.0, iP 2.4A.
Kiểm tra mang tải, điện áp đầu vào 24V, giả lập PD đầu ra 20V, tải điện tử đặt dòng 2.7A, công suất đầu ra thực tế 55.41W, công suất đầu vào 57.35W, hiệu suất chuyển đổi 96.62%.
Không biết do lỗi thiết kế của tôi hay do lô chip này có vấn đề, khi dòng vượt quá 2.7A thì kích hoạt bảo vệ. Dự án khác với sơ đồ nguyên lý giống hệt lại không gặp vấn đề này. Mở nguồn module sạc nhanh PD3.1 140W+65W có chức năng tăng/giảm áp (2C+1A), IP6557+IP6538: https://blog.zeruns.com/archives/801.html
Hình ảnh nhiệt khi làm việc công suất cực đại, nhiệt độ cao nhất của chip khoảng 87.6℃, không dùng tản nhiệt.
Sơ đồ nguyên lý
Bản mạch nguồn phản hồi GaN
Bản mạch nhỏ XPM52CDP65 sạc nhanh
Bản mạch nhỏ IP6538 sạc nhanh
PCB
Bản mạch nguồn phản hồi GaN
Bản mạch nhỏ XPM52CDP65 sạc nhanh
Bản mạch nhỏ IP6538 sạc nhanh
Địa chỉ mua linh kiện
Địa chỉ mua một số linh kiện dùng trong dự án này như sau:- Mẫu điện trở, tụ 0402/0603: https://s.click.taobao.com/3rAjyQn
- Khuôn in SMT: https://s.click.taobao.com/EMrr8Gn
- Lõi và khung từ 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
- Dây Leitz: https://s.click.taobao.com/IuyT7Gn
- Tụ rắn dán bề mặt: https://s.click.taobao.com/xylswQn
Đề nghị mua linh kiện tại LCSC (Thị trường điện tử Lichuang): https://activity.szlcsc.com/invite/D03E5B9CEAAE70A4.html
Trong liên kết mã nguồn mở của LCSC, nhấn vào BOM để đặt hàng ngay lập tức sẽ tự động thêm tất cả các linh kiện cần dùng vào giỏ hàng.
Liên kết tải tài liệu
Tài liệu bao gồm: File dự án EDA của LCSC, sơ đồ mạch dạng PDF, phần mềm SMPSKit, datasheet của các chip sử dụng, hướng dẫn hàn tương tác (Interactive BOM), thông số kỹ thuật biến áp, file Gerber, file khuôn in cho 3 bảng ghép lại (kích thước 10*10 cm trở xuống, đặt làm khuôn in trên Taobao khoảng 15 tệ.
- Tải về qua 123Cloud: https://www.123865.com/s/2Y9Djv-MaddH
- Tải về qua Baidu Wangpan: https://pan.baidu.com/s/1yrOYifFEItxbd1aHXmoq4A?pwd=6k1n Mã truy cập: 6k1n
- Liên kết mã nguồn mở trên OSHWHub: https://oshwhub.com/zeruns/pd65w-gallium-nitride-charger
Nhóm trao đổi kỹ thuật điện tử/vi điều khiển trên QQ: 2169025065
eeClub - Cộng đồng kỹ sư điện tử: https://bbs.eeclub.top/
Dự án mã nguồn mở được đề xuất- Một thiết bị thu thập điện năng ba pha đã được mở nguồn, giúp dễ dàng theo dõi tình hình tiêu thụ điện tại nhà: https://blog.zeruns.com/archives/771.html
- Nguồn kỹ thuật số Buck-Boost chỉnh lưu đồng bộ dựa trên STM32, mã nguồn mở: https://blog.zeruns.com/archives/791.html
- Mô-đun nguồn DCDC tự động tăng/giảm áp điều chỉnh được LM25118: https://blog.zeruns.com/archives/727.html
- Tải điện tử thông minh dựa trên CH32V307, mã nguồn mở – sản phẩm tham gia cuộc thi nhúng: https://blog.zeruns.com/archives/785.html
- Mô-đun nguồn công suất lớn EG1151, chỉnh lưu đồng bộ, tăng giảm áp điều chỉnh được (hỗ trợ đầu vào sạc nhanh Type-C PD), mã nguồn mở: https://blog.zeruns.com/archives/794.html
- Mô-đun sạc nhanh PD3.1 140W+65W tăng giảm áp mã nguồn mở (2 cổng C + 1 cổng A), IP6557+IP6538, bộ sạc để bàn 205W: https://blog.zeruns.com/archives/801.html
- Bộ chia mở rộng Type-C mã nguồn mở, gồm 4 cổng USBA tốc độ 10Gbps + card mạng 2.5G + đầu đọc thẻ: https://blog.zeruns.com/archives/868.html
- 【Mã nguồn mở】Nguồn switching kiểu flyback 24V3A (dựa trên UC3842, bao gồm quá trình tính toán mạch và thông số biến áp): https://blog.zeruns.com/archives/910.html
- 【Mã nguồn mở】Nguồn DCDC tăng giảm áp điều chỉnh được dựa trên SC8703 (Buck-Boost), điều chỉnh được điện áp và dòng điện, hỗ trợ đầu vào sạc nhanh PD: https://blog.zeruns.com/archives/929.html
Bài viết đề xuất đọc thêm
- Gợi ý các VPS/máy chủ đám mây giá tốt, tiết kiệm chi phí: https://blog.zeruns.com/archives/383.html
- Hướng dẫn tạo máy chủ Minecraft: https://blog.zeruns.com/tag/mc/
- Đánh giá và tháo dỡ GL-RM1PE – Thiết bị giúp máy tính thông thường có chức năng quản lý từ xa BMC: https://blog.zeruns.com/archives/900.html
- Hướng dẫn cài đặt diễn đàn Discourse – Triển khai trang web cộng đồng mã nguồn mở Discourse cho người mới bắt đầu: https://blog.zeruns.com/archives/919.html
- Đánh giá và tháo dỡ thiết bị vạn năng kết hợp dao động kế OWON HDS160: https://blog.zeruns.com/archives/927.html
- Hướng dẫn tạo máy chủ Minecraft nhanh trong một cú nhấp chuột, hỗ trợ mọi phiên bản MC (forge, fabric, paper, Bedrock, v.v.): https://blog.zeruns.com/archives/923.html
Phiên bản tiếng Anh của bài viết: https://blog.zeruns.top/archives/85.html