DC-DC преобразователь с функцией QC 3.0

Давненько я не рассказывал про преобразователи напряжения и сегодня у меня обзор не просто преобразователя, а с дополнением в виде возможности работы по протоколам QC 2.0 и 3.0.
Обзор будет не очень большим, но надеюсь что полезным.


Я уже публиковал много обзоров преобразователей, где объяснял теорию, показывал применение на практике и варианты доработок. Но в этот раз я решил несколько сократить обзор и рассказывать только о самом преобразователе.

Когда получил заказ, то даже немного удивился от размера упаковки, особенно в сравнении с самим преобразователем.


Сам преобразователь довольно компактен, размер сопоставим с размером спичечного коробка. Правда сбоку был остаток текстолита, который я отломал позже, без него размеры платы получаются 52х30х13мм


На странице магазина указаны основные характеристики, из которых можно понять что:
Входное напряжение 12-36 Вольт
Выходное напряжение 5.2 Вольта
Выходной максимальный ток — 5 Ампер
Режимы работы Quick charge — 5/9/12 Вольт
Типовой КПД — более 93%

«За кадром» осталось значение выходного тока при напряжении 9 и 12 Вольт. Кроме того, указан диапазон входного напряжения от 12 Вольт, но следует учитывать, что преобразователь понижающий, потому при входных 12 на выходе будет меньше.


Внешне плата выглядит довольно неплохо, на входе установлен двойной клемник, на выходе — USB гнездо.
Имеется четыре крепежных отверстия, расстояния между ними — 46х24мм.


На входе установлен конденсатор 220 мкФ х 50 Вольт, на выходе 470х35 Вольт. По напряжению запас более чем достаточный, по емкости я бы на выходе поставил немного больше, но на самом деле работает нормально и так.


Дальше я расскажу о составных узлах преобразователя, но сначала покажу их расположение на плате, так будет проще ориентироваться.
1. Красный — Собственно преобразователь напряжения.
2. Желтый — Чип QC 2.0/3.0
3. Синий — Транзистор защиты от переполюсовки входного питания


Теперь немного подробнее.
Понижающий преобразователь напряжения реализован на базе ШИМ контроллера LM3150, двух полевых транзисторов и дросселя.


Данный ШИМ контроллер управляет двумя транзисторами, реализуя схему синхронного выпрямления для повышения КПД. Кроме того имеет широкий диапазон входных напряжений (заявлено от 6 до 42 Вольт) и может работать на частоте до 1 МГц.


Кроме того этот контроллер имеет весьма простую схему включения с использованием минимального количества компонентов, а также источник бутстрепного питания, что позволяет использовать верхний транзистор N типа, обычно такие транзисторы имеют лучшие характеристики, чем транзисторы Р типа.
Минимальное выходное напряжение преобразователя 0.6 Вольта, но это касается только самого чипа, а не данной реализации.


Около входного клемника находится контроллер отвечающий за режимы Quick Charge. Весьма странное расположение, на мой взгляд логичнее он бы выглядел около выходного разъема, впрочем я не разбирался с трассировкой, возможно у разработчиков были свои причины.


Данный контроллер умеет работать в двух режимах — QC 2.0 и QC 3.0, отличия между ними для большинства пользователей не критичны:
QC 2.0 — Переключение выходного напряжения 5/9/12/20 Вольт
QC 3.0 — Более плавное переключение в диапазоне 3.6-20 Вольт с шагом 0.2 Вольта.

QC 3.0 Позволяет более гибко подстраивать выходное напряжение источника, но чаще всего хватает и фиксированных значений 5/9/12, 20 применяется уже заметно реже.



Принцип работы всей этой системы очень прост, контроллер получает информацию о том, что должен выдать источник питания и вмешиваясь в цепь обратной связи меняет выходное напряжение по запросу от потребителя.
Команды управления представляют из себя комбинацию напряжения на линиях данных USB, ниже на скриншоте видны значения напряжений и соответствующее им напряжение питания.
В таблице не указана комбинация для подачи 20 Вольт — 3.3 Вольта на обоих линиях и 0.6/3.3 Вольта для работы режима QC3.0.
Более подробно можно почитать в википедии.


Около USB разъема спрятался мелкий, синий светодиод. Он подключен к USB разъему и его яркость меняется в зависимости от выходного напряжения. USB разъем я не тестировал, но внешне изготовлен довольно неплохо, хотя я бы все равно не рекомендовал его использовать для больших токов нагрузки.


На всякий случай более детальное фото отдельных компонентов.


Снизу никаких компонентов нет, эта сторона платы частично используется в качестве теплоотвода. Около USB разъема есть залуженные площадки, я их использовал для подключения нагрузки, так надежнее при больших токах.


Для проверки работы преобразователя я использовал USB тестер с функцией эмуляции Quick Charge протокола. По умолчанию выходное напряжение составляет 5.24-5-25 Вольта, что не выходит за допуски стандарта 4.75-5.25 и позволяет компенсировать падение напряжения на кабеле питания нагрузки.


1. Для проверки возможностей я использовал другой тестер, с функцией автоопределения, список допустимых режимов на фото.
2. В режиме QC 3.0 шаг изменения напряжения 0.2 Вольта.
3. Минимально можно выставить 3.86 Вольта.
4. Максимально почти 12.3
5. Завышенное выходное напряжение это уже «заслуга» самого преобразователя, так как завышает он везде почти одинаково. Т.е. вы задаете 5 Вольт, на выходе 5.2, вместо 9 соответственно будет около 9.2. Как по мне, то это не очень хорошо, хотя и влазит в рамки допуска.
6. Если выставить 20 Вольт, то на выходе все равно будет 12, это ограничение примененного контроллера Quick Charge


Попытка получить что нибудь более чем 5 Вольт при использовании моего Lenovo P2 закончилась неудачей, максимум 5 Вольт 2 Ампера. Обусловлено это тем, что Леново используется MTK Pump Express, а не Quick Charge.


Для дальнейших экспериментов я использовал регулируемый блок питания, электронную нагрузку и USB тестер, который использовался в качестве QC триггера, подавая команды на выдачу определенных напряжений.


Без нагрузки преобразователь потребляет ток 30 мА, причем что интересно, ток не зависит от входного напряжения, потому при входном напряжении в 36 Вольт преобразователь потребляет более 1 Ватта. На мой взгляд потребление на холостом ходу очень большое и следует помнить это при использовании питания от аккумуляторов.


Дальнейшие тесты спрятаны под спойлер чтобы не перегружать обзор.


Все результаты тестов я свел в одну таблицу, где показал выходное напряжение и КПД в зависимости от входного напряжения.
Уже после того как занес данные, заметил что:
1. При входном 15 Вольт выходное напряжение 12 Вольт заметно просаживается вплоть до 10.74
2. С ростом входного напряжения растет немного и выходное. При входном 24-36 Вольт вылазит за 5.25 Вольта.
3. При определенном соотношении входного и выходного напряжения, а также тока нагрузки КПД доходит до 94-94.3%, но также есть ситуации, когда КПД снижается до 82.9%, что явно ниже типовых 93, заявленных в характеристиках.


В качестве резюме могу сказать следующее:
1. Преобразователь работает
2. Качество изготовления довольно неплохое.
3. Нормально работает как QC 2.0, так и QC 3.0
4. Присутствует защита от переполюсовки входа.
5. Относительно неплохая элементная база.
6. Судя по нагреву максимальный длительный ток при выходном 5 Вольт — 3.5-4 Ампера, 9 Вольт — 2-2.5 Ампера, 12 Вольт — 1.7-1.8 Ампера. Кратковременно преобразователь нормально отдает при 5 Вольт — 5 Ампер, 9 Вольт — 3 Ампера, 12 Вольт — 2.5 Ампера.
7. Размах пульсаций при выходном 5 Вольт, а также в режиме холостого ходя составляет около 150-175 мВ, что очень много.

Если коротко, то преобразователь больше понравился, чем нет. Работает стабильно, проблем не создавал, использовать можно, хотя и с некоторыми оговорками.

На этом все, как обычно жду вопросов, надеюсь что информация была полезна.