Análisis del desmontaje del miniventilador Gongtian F95D

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Análisis de desmontaje y de circuito del ventilador portátil compacto Gongtian F95D.

Recientemente compré un pequeño ventilador con ajuste de velocidad en 4 niveles, carga rápida de 18 W, batería de 5000 mAh y puerto USB-C compatible con entrada/salida, por lo que también puede usarse como power bank. En este artículo lo desmontaré para analizar su circuito.

Otros artículos de desmontaje: https://blog.zeruns.com/tag/拆解/

Parámetros del producto

  • Nombre del producto: ventilador de carga multifunción portátil
  • Modelo del producto: F95D
  • Potencia: 8 W
  • Peso del producto: 222 g
  • Capacidad de la batería: 5000 mAh
  • Duración de uso: 2-24 h
  • Dimensiones del equipo principal: 106x43x140 mm
  • Dimensiones del embalaje: 109x46x178 mm

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Imágenes exteriores del ventilador

Vista frontal del ventilador. En la parte delantera hay dos botones: el de la izquierda es OFF y el de la derecha es ON. Cada pulsación del botón ON aumenta un nivel; si se pulsa ON estando en el cuarto nivel, el ventilador se apaga directamente. El botón OFF apaga directamente el ventilador desde cualquier nivel. En el centro hay 4 luces rojas y 4 verdes que indican el nivel y la carga de la batería. Las luces verdes de nivel de batería solo se encienden durante la carga. A la izquierda de la luz indicadora del nivel 1 hay una luz azul con símbolo de rayo, que es el indicador de carga rápida; solo se enciende cuando se activa la carga rápida.

Vista trasera del ventilador. En el centro hay una etiqueta con los parámetros en chino e inglés. El texto chino está en caracteres tradicionales:

  • Nombre del producto: ventilador portátil
  • Voltaje de entrada: 5-12 V
  • Corriente de entrada: 2 A (máx.)
  • Potencia de soplado: 8 W (máx.)
  • No introduzca los dedos en la rejilla protectora mientras el aparato esté en funcionamiento; tenga cuidado de no cortarse.

En la parte inferior está el compartimento de la batería, compatible con baterías de litio ternarias de las especificaciones 21700 y 18650.

Prueba de potencia de carga y temperatura

El cargador utilizado es un cargador de carga rápida Huawei de 100 W, compatible con el protocolo PD. La batería del ventilador estaba a 2 barras y la potencia de carga medida fue de unos 18 W, con una tensión solicitada de 12 V.

A continuación se muestra la imagen térmica de la parte frontal de la placa de circuito después de diez minutos de carga. La temperatura ambiente era de unos 23 ℃; la temperatura del chip de carga era de unos 56,5 grados y la del inductor DC-DC del chip de carga, de unos 57,8 grados.

Prueba de velocidad de giro

Utilicé un medidor láser de velocidad de giro TA500A de Teslong para medir la velocidad de giro del ventilador. Primero hay que pegar una etiqueta reflectante en las aspas.

La velocidad de giro en el primer nivel es de 1565 RPM. (RPM: revoluciones por minuto).

Segundo nivel: 2541 rpm.

La velocidad de giro en el tercer nivel es de 3613 RPM.

La velocidad de giro en el cuarto nivel es de 4695 RPM.

Desmontaje

Basta con aflojar los 4 tornillos de la parte trasera del ventilador para retirar el panel frontal. El motor tiene 4 grupos de bobinas estatóricas; probablemente sea un BLDC (motor de corriente continua sin escobillas) bifásico. El cable que va de la placa principal al motor es de 2 pines.

Desde el lateral del motor se ve que en la parte inferior incorpora un circuito de accionamiento. Este motor debería ser del mismo tipo que los utilizados en ventiladores de refrigeración: dos fases, cuatro grupos de bobinas y circuito de accionamiento integrado.

La batería incluida es una celda cilíndrica de iones de litio ternaria INR21700/50E de EVE (EVE Energy), con una capacidad nominal de 5000 mAh y marcado 3C. Sus dimensiones son 21700: 21 mm de diámetro y 70 mm de altura.

Tras retirar la placa principal, se pueden ver en la parte posterior contactos soldados tipo through-hole para el portapilas, además de un código QR. La información obtenida al escanear el código QR es F95D-V3.3IP4_1cq9n5_21787. En el centro del PCB también hay una zona rectangular estañada con máscara abierta, utilizada para disipar el calor del chip de carga rápida.

Parte frontal de la placa principal. En la esquina superior derecha aparecen el modelo y la versión F95D-V3.3IP4B; en el centro está el logotipo de Gongtian y también hay 9 luces LED indicadoras.

Primero veamos el circuito de carga. El chip de carga es el modelo IP5353, un SoC de gestión de alimentación para power banks fabricado por INJOINIC Technology de Zhuhai. Con un solo chip se encargan de la carga de la batería de litio, la salida elevadora y la indicación de carga de este ventilador.

Especificaciones principales del IP5353 (generadas por IA):

  • Funciones principales: integra conversión sincronizada elevadora/reductora y gestión de carga de batería de litio; incorpora MOSFET de potencia; permite carga y descarga con un solo inductor; soporta botones, indicador de batería con 4 LED y control de iluminación.

  • Protocolos de carga rápida: soporta PD2.0/PD3.0 (incluido PPS), QC2.0/QC3.0, Huawei SCP, FCP/AFC y es compatible con BC1.2/Apple/Samsung.

  • Especificaciones de carga y descarga: carga de 18 W, corriente máxima en el lado de la batería de 5 A; descarga máxima de 22,5 W (5 V@3,1 A / 9 V@2,22 A / 12 V@1,67 A), eficiencia del 95 % a 5 V@2 A.

  • Encapsulado y lote: encapsulado SMD QFN32 (5 mm×5 mm). El inductor de potencia moldeado de una pieza situado junto al chip confirma que se trata de una solución de un solo inductor; la serigrafía 1X46.1DQ corresponde a información del lote.

  • Uso previsto: se utiliza sobre todo en power banks de carga rápida y almacenamiento de energía portátil; aquí se emplea de forma transversal en el circuito de carga de un ventilador portátil.

A continuación, utilicé un medidor de prueba de carga rápida RK-X3 Pro para comprobar los protocolos de carga rápida soportados por la salida USB-C del ventilador. Es compatible con PD22W, SCP25W, QC, FCP, AFC y otros protocolos.

En el centro del PCB hay un chip de 8 pines cuya serigrafía ha sido lijada. Debería ser un microcontrolador (MCU), encargado de cambiar los niveles, mostrar la información y generar la salida PWM para controlar la velocidad del ventilador. El pin 1 de este chip debería ser el positivo de alimentación; la alimentación pasa por un filtro RC antes de llegar al pin 1, y el pin 8 debería ser GND.

U2 es un MOSFET NMOS con la serigrafía 7122A. No encontré la hoja de datos de este MOSFET. La compuerta del MOSFET se conecta al pin 5 del MCU a través de una resistencia de 10 Ω; el drenador (D) se conecta al cable negro del motor, y la fuente (S) se conecta a GND. La velocidad del ventilador se controla mediante la proporción de tiempo de conexión y desconexión del negativo de la alimentación del motor, es decir, el ciclo de trabajo.

En el circuito situado bajo el conector del ventilador, cerca de la almohadilla del negativo de la batería, también hay un circuito independiente de protección de la batería de litio. Está formado por un IC de protección 2604 (posición U4), dos MOSFET 7122A (posiciones UF1/UF2) y dos IC de protección dos en uno XB4908 de Suzhou Xina Micro (posiciones UB1/UB2).

Formas de onda de control del motor en distintos niveles

Utilicé un osciloscopio para medir la forma de onda en el cable de alimentación del motor. La punta positiva de la sonda se conectó al negativo del motor y la punta negativa al positivo del motor. Con el ventilador en el primer nivel, la frecuencia PWM medida fue de 19,9 kHz, con un ciclo de trabajo del 35,7 % (como la sonda estaba invertida, tanto la forma de onda como el ciclo de trabajo aparecen al revés).

Con el ventilador en el segundo nivel, la frecuencia PWM medida fue de 19,9 kHz, con un ciclo de trabajo del 50,6 %.

Con el ventilador en el tercer nivel, la frecuencia PWM medida fue de 19,9 kHz, con un ciclo de trabajo del 70,6 %.

Con el ventilador en el cuarto nivel, el ciclo de trabajo es del 100 %, es decir, permanece constantemente conectado.

Lecturas recomendadas

Versión en inglés del artículo: https://blog.zeruns.top/archives/98.html