開源205W桌面充電器,140W+65W升降壓PD3.1快充模塊(2C+1A口),IP6557+IP6538

開源一個基于IP6557和IP6538芯片的205W升降壓快充模塊(140W+65W),其中一路C口支持PD3.1協議,最高輸出28V5A,另一路是A口+C口,最高輸出65W(20V3.25A),可搭配一個24V10A的開關電源使用,即可組成一個低成本的205瓦快充充電器!最高轉換效率96.7%

做得一般,大佬們勿噴,如果覺得有哪些地方可以改進一下的可以在評論區提一下建議,歡迎友善交流。

提供全套資料,完全可以自己復刻,資料下載地址在文章末尾!

視頻演示:https://www.bilibili.com/video/BV1HM4m1U7Hc/

立創開源平臺開源鏈接: https://url.zeruns.tech/99439

電子/單片機技術交流QQ群:820537762

前言

這個快充模塊搭配一個24V10A的開關電源使用,即可組成一個低成本的205瓦兩路快充充電器!(24V10A的電源大概30元左右可以買到)

弄個點煙器插頭轉DC公頭/XT30接口的轉接線還可以將它變成車載快充,140W+65W的車載充電器!

快充模塊輸入接口有XT30和DC5.5(2個輸入接口不能同時使用,輸入接口間是并聯的!)。

模塊輸入電壓范圍:8.2~31V

C1口是升降壓的,輸入電壓可以比輸出低,C2口和A口是降壓的,輸出電壓只能低于輸入電壓!

IP6557這款芯片我買了8片,全焊上去,其中4片是壞的(故障現象各種各樣),只有4片是好的,不知道是芯片質量/品控問題還是還是我焊接問題(加熱臺溫度設置230度,沒有虛焊)。IP6538芯片就全都是好的,沒有出現過問題,這兩款芯片都是同一家店買的。

我做了幾個成品出來,需要買成品的可以進群問。

參數和介紹

C1口(IP6557)

第一個Type-C的電源芯片為英集芯(INJOINIC)的IP6557-C,最高輸出功率140W,最高輸出28V/5A(實際最高可去到6A)。

輸入電壓范圍:5~31V

這個芯片是升降壓的所以輸出電壓可以比輸入高。

支持的快充協議有:

  • PD3.1/PPS/ERP28V
  • BC1.2 和 APPLE
  • QC2.0/QC3.0/QC3+/QC4+/QC5
  • FCP 和 HSCP
  • AFC
  • MTK
  • UFCS(融合快充)

支持 5V、9V、12V、15V、20V、28V 電壓輸出。

PPS 支持 3.3V-21V,10mV/step 的電壓輸出。

C2和A1口(IP6538)

第二個Type-C口和Type-A口的電源芯片為IP6538-AC-65W,單C口使用時最高輸出20V/3.25A,最高功率65W;當雙口同時使用時,雙口都輸出5V,總功率5V/4.8A。

輸入電壓范圍:8.2V~32V(兩個芯片共用輸入口,所以還是按最大31V)

這個芯片是降壓的,所以輸出電壓不會大于輸入電壓,要想輸出65W的功率,那輸入電壓得21V以上

注意:IP6538有45W和65W兩個版本,不帶-65W后綴的就是45W的!(下面資料里提供的是45W版的數據手冊,65W版的找不到數據手冊)

支持的快充協議有:

  • PD2.0 / PD3.0(PPS),Type-A口不支持PD協議
  • BC1.2、Apple、三星協議
  • QC2.0 和 QC3.0
  • MTK PE+1.1 和 MTK PE+2.0
  • 華為快充協議 FCP / SCP
  • 三星快充協議 AFC
  • 展訊快充協議 SFCP
  • OPPO快充協議 VOOC / Super VOOC (65W版的芯片好像不支持OPPO快充協議,45W版沒測試,也有可能是需要原裝線才能觸發)

支持 5V、9V、12V、15V、20V 電壓輸出。

PPS 支持 3.3V~11V,20mV/step 電壓輸出。

實物圖

電路板正面

電路板背面,下圖中的飛線是因為英集芯官方數據手冊的應用原理圖里線的交叉處沒有用點來表示相連,導致我畫圖時畫錯了,沒有連起來,只能用飛線了,我發布出來的原理圖和PCB已修復這個問題。

電路板側面

裝上外殼后

這個鋁合金外殼是買的成品,然后前后蓋是自己3D打印的。

拓竹P1SC 3D打印機開箱體驗:https://blog.zeruns.tech/archives/770.html

焊好的IP6557芯片微距圖

焊好的IP6538芯片微距圖

使用說明&注意事項

1. 要輸出28V/5A的必須要帶E-Marker芯片的數據線,且支持PD3.1協議,如下圖所示。

2. 板子的輸入電流采樣電阻(檢流電阻)R2是5mΩ的,IP6557芯片的輸入電流限流值設定在10A,如果輸入電壓為12V時要輸出140W的功率所需的輸入電流最小為12A,超過限流值了,會導致輸出電壓下降,達不到滿功率,可以將輸入電流采樣電阻R2換一個更小阻值的,比如2.5mΩ(可以兩個5mΩ并聯),這樣就可以實現12V低電壓輸入也可以滿功率輸出,但這樣由于輸入電流大了很多,mos管的發熱會非常高,必須做好散熱!

下面兩張圖一張是改檢流電阻前的,輸入電流被限制在10A以內;另一張是改檢流電阻后的,輸入電流可以超過10A了,可以在12V輸入時輸出28V/5A,由于我可調電源最大輸出12A電流,不夠用,所以輸入電壓我調到14V。

3. 如果要選用其他型號的mos管要注意MOS管的Ciss參數必須小于1000pF,因為IP6557的開關頻率為250kHz,較高的開關頻率對MOS管的輸入電容參數要求較為嚴格!過高的Ciss會影響MOS管開啟和關斷的時間。

協議支持測試

C1口支持的協議如下圖所示:

C1口還支持UFCS協議,不過只支持到33W。

C2口支持的協議如下圖所示:

A口支持的協議如下圖所示:

輸出帶載測試

C1口測試,XT30接口輸入24V,輸出誘騙28V接電子負載,電子負載設置5.3A電流。

C2口測試

A口測試

兩路滿載輸出測試

測試用到的設備:

  • 惠普34401A六位半萬用表:https://blog.zeruns.tech/archives/772.html
  • 睿登RD6012P數控可調電源:https://blog.zeruns.tech/archives/740.html
  • 普源(RIGOL) DHO914S示波器:https://blog.zeruns.tech/archives/764.html
  • 炬為電子負載:https://s.click.taobao.com/2sdCaht
  • 優利德UTi261M熱成像儀開箱測評:https://blog.zeruns.tech/archives/798.html
  • WITRN維簡C5檢測儀(USB電壓電流表/CC表):https://s.click.taobao.com/Sy2Daht

轉換效率測試

下面測試了幾組不同輸入和輸出電壓下的效率,分別接的C1和C2口測試。

IP6557

最高轉換效率95.468%

輸入電壓(V)輸入電流(A)輸入功率(W)輸出電壓(V)輸出電流(A)輸出功率(W)轉換效率(%)
23.9976.459154.99727.5925.323146.87294.758
11.9999.598115.16619.9805.345106.79392.729
8.2998.89773.83620.0303.33666.82090.498
23.9974.686112.45020.1005.341107.35495.468
23.9971.76442.33112.0013.33740.04794.606

IP6538

最高轉換效率96.719%

輸入電壓(V)輸入電流(A)輸入功率(W)輸出電壓(V)輸出電流(A)輸出功率(W)轉換效率(%)
24.0080.79519.0865.1653.31517.12289.708
24.0081.26530.37012.2172.33528.52793.930
24.0082.91069.86320.2433.33867.57196.719
24.0080.93322.3999.0842.24520.39491.045

發熱情況熱成像圖

C1口140W滿載輸出5分鐘后的PCB正反面熱成像圖片,MOS管溫度最高去到111℃以上,要滿載輸出必須加散熱片或加鋁合金外殼,且通過導熱墊導熱到外殼上。


C2口65W滿載輸出10分鐘后的PCB正反面熱成像圖片,IP6538芯片最高溫度75℃左右,無需加散熱片也可以長時間滿載運行。


兩路同時滿載輸出10分鐘后的鋁合金外殼熱成像圖,外殼最高溫度65℃左右,由于這個外殼是上下分離的,中間有縫隙,所以熱量很難傳導到上殼,都集中在下殼了。

紋波測試

紋波率計算公式:

紋波率 = ( 紋波峰值 ? 紋波谷值 ) / 2 輸出平均電壓 × 100 % 紋波率 = \frac{(紋波峰值 - 紋波谷值)/2}{輸出平均電壓} \times 100\% 紋波率=輸出平均電壓(紋波峰值?紋波谷值)/2?×100%

C1口輸出28V(實際27.6V)時的紋波峰峰值在33mV左右,紋波率0.059%

C1口輸出28V5.2A時的紋波峰峰值在178mV左右,紋波率0.323%

C2口輸出20V空載時的紋波峰峰值在25mV左右,紋波率0.062%

C2口輸出20V3.3A時的紋波峰峰值在54mV左右,紋波率0.133%

紋波表現還不錯。

原理圖

IP6557:

IP6538:

PCB

頂層:

底層:

元件購買地址

這個項目用到的大部分元件購買地址都在這里:https://blog.zeruns.tech/archives/801.html

建議在立創商城里購買元器件:https://activity.szlcsc.com/invite/D03E5B9CEAAE70A4.html

在立創開源鏈接里的BOM表那點立即到立創商城下單可將用到的元器件一鍵導入到購物車。

資料下載地址

下面下載鏈接包含:立創EDA工程、原理圖PDF文件、用到的各種芯片的數據手冊、外殼3D模型文件。

百度網盤下載鏈接:https://pan.baidu.com/s/1RJNC_v2P1YijWpv1sFXowQ?pwd=89hi 提取碼:89hi

123云盤下載鏈接:https://www.123pan.com/s/2Y9Djv-BItvH.html 提取碼:0nEm

如果覺得對你有用的可以進去上面的123云盤鏈接里給我打賞,如果是微信文章(公眾號:zeruns-gzh)的也可以點擊文章下方的喜歡作者給我打賞,謝謝。

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