АЗУ Saixiang с поканальным ограничением тока. Новинки 2014

Опубликовал 10 Май 2014 в рубрике Мобильное, Новости, Техника. Комментарии: 0

Это продолжение статьи автора Kargal об автомобильных зарядных устройствах


 

Появилось семейство автомобильных зарядных устройств (АЗУ) от Saixiang, некоторые представители которого исполнены не по традиционным схемам и предлагают нетрадиционные возможности.

GL008B-FKF 5.2V/3.4A (2.4A+1.0A, вход 12V)

Адаптер номинирован на 5.2V/2.4A+1.0A (суммарно 3.4A), но реально в долговременном (>3мин) режиме можно расчитывать на суммарный ток до 2.3A (больше может не выдержать по тепловому режиму).

Рассчитан на гнездо прикуривателя глубиной 33÷40 мм. В гнезде Ø21мм фиксируется неважно, в гнезде Ø22мм болтается совсем издевательски. (Но можно налепить полоски, отрезанные от застёжки «липкий репейник» – см. раздел «Конструктивные особенности» в статье «АЗУ»).АЗУ GL008B-FKF 5.2V/3.4A

Имеет два USB-разъёма, обозначенные как «1Amps» и «2.4Amps». По кодировке типов портов рассчитан на изделия от Apple (в том числе и iPad) и для «истинных корейцев» без доработки непригоден. Подойдет и для большинства «китайцев», которые обычно делают различие только между ПК (SDP, до 0.5A) и «зарядниками» (DCP, до 2.0A), не вникая в тонкости брендовых разновидностей последнего.

Контакты питания +5V обоих разъёмов соединены и подключены к выходу преобразователя.

Контакты GND разъёмов подключены к GND преобразователя через индивидуальные резисторы (токовые шунты) и организовано индивидуальное для каждого канала ограничение максимального тока (в испытанном образце – 1.0A и 2.0A в соответствии с надписями), правда очень уж некорректно.

Кодировка типов портов:

1Amps, до 1,0A 2.4Amps, до 2,1A

D-

2,72 V

D-

2,25 V

D+

2,25 V

D+

2,72 V
 image056  image138

Собран на плате «GL008B-FKF» (основная), компоновка представлена на рисунках:АЗУ GL008B-FKF 5.2V/3.4A — начинкаАЗУ GL008B-FKF 5.2V/3.4A — начинка

Плата USB-разъёмов «GL008-2V1.1» (08/2013), расположена перпендикулярно основной плате.

 

Принципиальная схема

Выглядит примерно так:АЗУ GL008B-FKF 5.2V/3.4A — схема

Делитель обратной связи R11/R10 расчётно задает выходное напряжение 5.2V (на холостом ходу и при малой нагрузке).

В цепь обратной связи (в точку «A») замешивается сигнал от датчиков тока, служащий для ограничения тока, выдаваемого в нагрузку. Для контроля токов в цепи GND каждого из USB-разъёмов введены шунты – R16/100мОм в канале «1Amps» и R15/43мОм в канале «2.4Amps». Сигналы с шунтов сравниваются опорным напряжением 100мВ усилителями (IC2), работающими в режиме компаратора. Выходы усилителей замешиваются параллельно диодной сборкой D2, сигнал с которой управляет ключом Q1.

В нормальной работе (Uшунтов<100мВ) pnp-транзистор Q1 заперт и не влияет на режим работы преобразователя. При перегрузке Q1 открывается и сигнал с него (ток коллектора) замещает сигнал обратной связи по напряжению, что приводит к снижению Uвых преобразователя.

#) Сигналы обратной связи от датчиков тока вводятся параллельно и поэтому перегрузка по одному каналу приводит к снижению общего напряжения и, соответственно, тока и в другом канале. (Для нормальной работы не должен быть перегружен ни один из каналов).

Импедер RL1 растягивает импульс тока рассыщения кламп-диода D1 в момент включения ключа преобразователя (с ~10ns до ~50ns) и уменьшает его амплитуду. Это ослабляет «звоны» шин платы и подавляет высокочастотную часть спектра наводок.

Цепь RL2/C7 поглощает высокочастотные компоненты выходного напряжения (выходной фильтр).

Возможные доработки

Разборка

Разборка АЗУ GL008B-FKF 5.2V/3.4AКруглая крышка крепится двумя саморезами, подобраться к которым можно отогнув верхний и нижний края наклейки. Крышка снимается и отвинчивается коническая гайка, «обнимающая» центральный контакт АЗУ. После чего корпус разнимается на две половинки. (На фото внутренности уже после доработки).

 АЗУ GL008B-FKF 5.2V/3.4A — разобранный вид

Коррекция обратной связи по току

По идее, при ограничении тока преобразователь должен работать в стандартном режиме стабилизации по сигналу обратной связи, воспроизводимо обеспечивая порог ограничения и не используя стандартных для простых АЗУ аварийных приёмов ограничения тока (старт-стопный режим, снижение частоты). При этом не возникает экстра-токов в цепи питания преобразователя (12V) и, теоретически, аварийных ситуаций (кроме возможного перегрева).

image017Но исходно в GL008B-FKF сигналы тока передаются через компараторы (LM358 без коррекции), что в режиме ограничения тока приводит к автогенерации по цепи токовой обратной связи (7÷15 KHz) и, фактически, к старт-стопному режиму со всеми его прелестями. Входной ток имеет всплески порядка 3.5A и в его спектре много низкочастотных и комбинационных составляющих.

Некоторую (сомнительную) аварийную защиту такое решение вроде обеспечивает, но идея красивой защиты задушена, выхолощена. А её можно было довести до реализации ещё производителем.

image021Удачно помогло шунтирование R13 корректирующей R/C-цепочкой 620Ω/33nF (на рисунке – в рамке):

Автогенерация подавлена по обоим каналам, из спектра входного тока пропали низкие и комбинационные частоты.

Точность стабилизации тока при «перегрузке» порядка 2% в диапазоне выходного напряжения 4.95÷2.3V. (На фото предъявлена реализация IFBcorrection по принципу «Я его слепила из того, что было…»):

 реализация IFB-correction

Подъём выходного напряжения

Реализовать приведённые выше цифры по току при зарядке гаджетов можно только при использовании хороших зарядных кабелей: 28AWG – до 20см, 24AWG – до 100÷120см длиной.

Кроме того, для компенсации потерь в кабеле допустимо поднять выходное напряжение преобразователя на ~5% (до 5.45÷5.5V). Шунтирование R10 резистором R10add 33КОм (чип 0805) привело к подъему Uвых с 5.18V до 5.44V. (Это помогло реализовать полноценную зарядку/питание 7" планшета Freelander PX1 с помощью 28AWG 1-метрового data-кабеля – ток поднялся от 1.08A до предельного для этого планшета 1.34A).

image023В результате этих изменений получена нагрузочная характеристика:

При измерении каналы нагружались по одному. Есть подозрение, что если адаптер нагрузить «по полной» (до 3.1A суммарно), то он не выдержит перегрева. По крайней мере, его ближайший родственник GL008B-FK, полностью полагающийся на возможности преобразователя по защитам, при испытаниях на токе 3.4A вышел из строя через пять минут (сплавился кламп-диод – аналог D1 на приведенной схеме).

 


Снижение наводок и облегчение теплового режима

Заложенная в этом адаптере красивая идея заметно подпорчена в плане реализации декларированной максимальной мощности:

Некачественные электролитические конденсаторы фирмы Chenxing (C1 – m22/10V и C2 – 22uF/35V, оба Ø5×8mm) очень заметно греются. Это естественно для простейших («стандартных») конденсаторов такого размера – конденсаторы с пометками Low ESR (<50mΩ) и High Ripple Current (>300mA-rms) выпускаются в основном в размерах от Ø8×11mm и выше. (И стоят подороже).

Снижение наводок и облегчение теплового режимаC1 (выходной): В испытуемом образце при нештатной перегрузке C1 взорвался, но его удалось заменить (в положении «лёжа») на m22/25V Ø8×12mm приличного типа. Особых требований по току (High Ripple Current) к этому конденсатору не предъявляется – переменная составляющая в этой схеме не превышает 180mA-rms.

C2 (входной): Используемый «родной» конденсатор допускает переменный ток ~80mA-rms, схема генерирует ~190mA-rms при нагрузке ~1A, из которых ~150mA-rms, минуя C2, потребляются от внешнего источника. Для собственно  конденсатора C2 это неплохо (190 — 150=~40mA-rms), но заметны излучения проводкой автомобиля. При нагрузке ~2.3A конденсатору C2 достается уже ~440 – 210=230 mA-rms, что уже патологично. И конденсатор греется значительно и честно. (Поместится Ø5×11mm, Ø6 – с трудом).

 

image027Удалось заменить C2 на чудесный NCC PSA 100uF/16V (Ø6.3×10.3mm), имеющий ESR=25mΩ и Ripple Current до 2.8A. Поместился впритирку – пришлось сдвинуть дроссель L1 в сторону контактной скобы и поместить между ними изолирующую прокладку.

Переменная составляющая (пульсация) тока питания адаптера от сети автомобиля снизилась в ~20 раз (с 0.212Arms до ~8.5mA-rms при токе нагрузки ~2A). Синфазная составляющая: была ~3mA-rms, после замены – пропала в шумах осциллографа (<0.2mA-rms).

 

Изменение кодировки типа зарядного порта

В исходном состоянии GL008B-FKF может не угодить мощным гаджетам других (не Apple) брендов. Если заменять кодировку, то начинать надо с разъема «2.4Amps» – и смысла больше (он помощнее), и подобраться к нему легче.

 

 Изменение кодировки типа зарядного порта Изменение кодировки типа зарядного порта

Первый шаг – Вариант 1. В нем достаточно просто закоротить между собой шины данных – запаять перемычку на торчащие выводы USB-разъема (два средних). Получается схема «DCP Applying 2.3V to the D+ and D– Lines», которая ближе всего к кодировке для Samsung и HTC, но напряжение на перемычке повыше. (Может быть, в конкретном случае этого окажется достаточно).

Вариант 2. Если дополнительно отключить R3 (обрезать проводник или совсем убрать резистор), то получится (на радость Samsung'ам) чистая «Korean tablet charging mode» с «родным» напряжением 1.4V.

Дальнейшая переделка проблематична – к R1 и R9 подобраться трудно.

Вариант 3. Если, поставив перемычку, отключить все четыре резистора, образуется «DCP Short Mode» (или «Dedicated Charger»), которая на форумах часто упоминается как предел мечтаний (но обычно не оговаривается для каких аппаратов).

 


Испытания

Адаптер в собранном виде был включен и омической нагрузкой был введен в «слегка запредельный» режим – ток в каждом канале был задан чуть выше порога ограничения. Напряжение снизилось схемой ограничения тока с Uхх=5.44V до 4.7V. Реально потреблялся ток – 1,8A+0,8A=2,6A суммарно. Ввиду того, что адаптер был уже доработан, повышенного уровня пульсаций тока и наводок, всплесков экстра-тока не наблюдалось.

Через 15÷20 минут корпус «гнезда прикуривателя» нагрелся до 60÷65°C при Tокр=~23°C (ΔT=~40°C); то есть адаптер имеет заметный теплоотвод на корпус гнезда, в том числе и через пружинистые контакты GND. При этой температуре он продолжал работать два часа без абсолютного отказа, но в прерывистом режиме: после каждых ~50 сек работы «брал перекур» на 13 сек – отключался из-за перегрева кристалла, затем снова запускался на ~50 сек.

Тестируем АЗУ SaixiangПосле снижения тока нагрузки ниже порога ограничения (1.35+0.85A/5.15V; 2.2A суммарно), адаптер отработал в течение часа уже без пауз-«перекуров». При этом корпус «гнезда прикуривателя» температуру заметно не снизил – те же 65°C, температура кабельных USB-разъёмов не превышала 35°C (то есть надеяться на теплоотвод через разъёмы не приходится).

Следовательно, 2.2÷2.3A (суммарно) это максимальный ток, который можно получать в долговременном непрерывном режиме от данного адаптера. Можно конечно нагружать и больше, до порогов ограничения, но прерывистый режим будет нервировать пользователя.

 

image035Для организации «самообеспечения» – способа работы, когда адаптер сам не позволяет потреблять ток бОльший, чем тот, что его «перегревает», можно изменить пороги токоограничения. Если не гоняться в рекламных целях за «большим», но корректно не реализуемым номинируемым током, то вполне приемлемо остановиться на уровне токоограничения 1.5+0.75A (2.25A суммарно), и есть надежда, что перегрев будет предотвращён. Тока 0.75A хватит для любого 4÷5 смартфона, а 1.5A – для 6÷8 планшета.

И это вполне могло бы реализоваться еще на стадии производства, например, просто снижением опорного уровня компараторов с 100 mV до 75 mV – заменой номинала резистора R14 на 15-омный (и конечно же с заменой этикетки).

В имеющейся схеме это проще всего реализовать добавлением резистора 56÷62 Ом (R14add на рисунке) параллельно с R14.

Компоненты

Цоколёвка LM358LM358 (IC2) – Сдвоенный операционный усилитель. В исходной схеме используется в режиме компаратора.

2L (Q1) – pnp-транзистор FMMT4403/Diodes (Zetex), SOT23/bec;

D6 (D2) – SOT23, тип не определён; похоже: сдвоенный диод с общим анодом. (Возможно, сдвоенный стабилитрон);

XL4003E1 (IC1) – StepDown-преобразователь, корпус TO-252;

Импедеры (BeadsOnWire):Цоколёвка XL4003E1

(RL1) – Ø4,5/1×5 мм; похоже: 80Ω/25MHz, 4A.

(RL2) – Ø4,5/1×9 мм; похоже: 150Ω/25MHz, 4A;

Дроссель (L1) – OpenM, ThrouHole RadialLead, Ø10×13 мм; L=22uH/3.1A (по поведению в схеме – L=24÷27uH);

 

Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus




Оставить комментарий

Если нужно, добавьте к комментарию картинку (только JPEG)

Реклама

Контакты

Паблик Вконтакте:

http://vk.com/rones_su


Электропочта:

rones@ya.ru

На вопросы не отвечаем

Почта только для отправки файлов


Мой новый сайт
Rones-Art.ru
Векторная графика