Компактное QC 3.0 зарядное устройство/блок питания

В последнее время все большее распространение получают автономные устройства поддерживающие функцию быстрого заряда Quick Charge и потому решил я пощупать то, при помощи чего «кормят» данных «питомцев», т.е. зарядное устройство (блок питания) с QC 3.0. Зарядное очень компактное, но впрочем обо всем лучше прочитать в обзоре, как обычно осмотр, тесты, разборка и выводы.


Для начала небольшое лирическое вступление. Формально все эти «зарядные» устройства являются блоками питания, потому как не имеют особенностей, свойственным зарядным устройствам. Но так как подавляющее большинство пользователей называет их именно зарядными устройствами, то чтобы было более понятно, я сегодня буду называть их так же — зарядные устройства.

Кроме того напомню о том, что такое QC или Quick Charge.
Обычно устройства, подключаемые в USB порт, используют напряжение 5 Вольт, что вполне логично, так как это его стандартное напряжение. Постепенно емкость аккумуляторов мобильных устройств растет и пользователи хотят заряжать их быстрее, что также вполне логично. Потому со временем стали появляться зарядные устройства рассчитанные на выходной ток до 1, 2 и даже 3 Ампера, но все в итоге уперлось в законы физики, из которых получается что с ростом тока все больше падает на кабелях к вашим устройствам. Кроме того USB разъемам также приходится несладко, а уж если все это умножить на повальную экономию на проводе в эти кабелях так вообще можно тушить свет, причем в буквальном смысле.

Производители почухали репу и решили что 5 Вольт явно мало и запилили зарядные устройства на другие напряжения, например 9, 12 или даже 20 Вольт и это не говоря о том, что договориться они между собой не смогли и потому некоторые фирмы изобретают свою модель «велосипеда», но суть остается прежней, поднимаем напряжение, падает ток, а значит выгоднее передавать электричество к вашему устройству. Ну или как вариант, ток оставляем прежним, но при росте напряжения растет и передаваемая мощность.
Одним из распространенных протоколов быстрого заряда является Quick Charge или две его распространенные версии, QC 2.0 и 3.0.


Зарядное устройство, поддерживающее функцию быстрого заряда по сути представляет собой обычный блок питания у которого добавлена маленькая микросхемка, которая в свою очередь управляется сигналами вашего смартфона, планшета, повебранка и т.п. и вмешиваясь в обратную связь блока питания дает ему команду выдать требуемое напряжение.
Например смартфон умеет заряжаться от 9 Вольт, он сначала включается в стандартном режиме, если все в порядке, то он выставляет на линиях данных USB разъема определенную комбинацию напряжений и блок питания выдает требуемое (если может конечно).
Отличие протокола QC 2.0 от 3.0 заключается в одной мелочи, 2.0 умеет выставлять на выходе напряжения 5, 9, 12 или 20 Вольт, а 3.0 делает все то же самое, но уже с шагом в 0.2 Вольта — 5, 5.2, 5.4, 5.6… 19.6, 19.8, 20.0.
На самом деле QC 3.0 поддерживает напряжения и ниже 5 Вольт, но они используются заметно реже.


Так что по большому счету, отличие 2.0 от 3.0 не так уж и существенно и в большинстве случаев 2.0 вполне хватает.

В общем попалось мне мелкое зарядное устройство, которое имеет функцию QC. Пришло оно в небольшом пакетике, без каких либо инструкций, цветных коробок и прочего.


Небольшая такая коробочка, я бы даже сказал — симпатичная.


На коротком торце корпуса расположен единственный USB разъем красного цвета, а на длинном маркировка из которой следует что устройство имеет следующие характеристики:
Входное напряжение — 100-240 Вольт
Выходное напряжение:
5 Вольт — 3 Ампера (15 Ватт)
9 Вольт — 2 Ампера (18 Ватт)
12 Вольт — 1.6 Ампера (19.2 Ватта)

Вы наверное заметили что с ростом напряжения растет и максимальная выходная мощность, это распространенное явление, чем ниже напряжение и выше ток, тем сложнее работать блоку питания, потому чем выше напряжение, тем обычно выше КПД и от БП можно взять больше.


Размер чуть больше коробка спичек, в основном в плане толщины корпуса.


Не буду ходить вокруг да около и перейду к тестам.
Для теста использовалась электронная нагрузка и USB тестер, при помощи которого я давал команду зарядному устройству, какое напряжение мне нужно.
Изначально хотел показать все стандарты, которые оно поддерживает, но выяснилось, что при автоматическом определении зарядное имеет свойство перезагружаться. Винить я его не буду, так как при автоопределении тестер пытается прогнать в режиме QC 3.0 полный диапазон, начиная примерно от 3 Вольт, а эксперимент показал что зарядное не может выдать меньше чем 4.2-4.2 и в итоге уходит в защиту.

В режиме холостого хода при выставленных 5 и 9 Вольт реальное напряжение составляет 5.24 и 9.26 Вольта, что как раз вписывается в рамки стандарта, за это плюс.


При изменении тока нагрузки в диапазоне от 0 до 3 Ампер и выходном напряжении 5 Вольт просадка всего 60мВ что на мой взгляд можно считать отличным результатом, не говоря о том, что большая часть наверняка падала на USB разъемах.


При 9 Вольт изменение напряжения было еще меньше, 40 мВ в полном диапазоне 0-2 Ампера.


После установки 12 Вольт напряжение холостого хода составило 12.3 Вольта, а при максимальном токе 1.6 Ампера снизилось всего на 30 мВ.


В процессе тестов выяснил, что зарядное умеет работать и по протоколу Samsung AFC, по крайней мере при помощи тестера я могу выбрать такой режим и оно выдает 9 Вольт, но с телефоном пока проверить не могу.


Если в плане стабильности выходного напряжения я могу поставить зарядному твердые 5 баллов, то с нагревом картина выглядит несколько хуже, я бы даже сказал — печальнее.
Ниже 9 термофото, снятые при максимальном заявленном токе и сгруппированные в порядке —
1, 2, 3. — 5 Вольт, 10, 15 и 20 минут.
4, 5, 6. — 9 Вольт, 10, 15 и 20 минут.
7, 8, 9. — 12 Вольт, 10, 15 и 20 минут.

Моей задачей было определить тенденцию к нагреву, для этого вполне хватало 20 минут для каждого напряжения так как габарит, а следовательно и масса устройства, не очень большие.
Видно что на интервале 10-15 минут есть заметный рост температуры, а 15-20 минут, очень маленький, порядка 1-2 градуса, что говорит о том что устройство вошло в стабильный тепловой режим.

Но вот температура корпуса в 70 градусов это явно много, руку уже обжигает даже при наличии пластмассового корпуса.


Чтобы разобраться что к чему, пришлось вскрыть корпус. Сделать это можно довольно аккуратно если сначала пройтись между черной и белой частями корпуса чем нибудь типа тонкой стальной линейки. Сначала проходим со стороны вилки питания и USB разъема, а затем отжимаем черную часть вверх, клей отойдет и крышка снимется.


Корпус универсальный, просматриваются два места под USB разъемы.


Входная часть очень упрощена, хотя это черта большинства компактных устройств, входной фильтр зачастую просто негде ставить, но вот отсутствие предохранителя расстраивает, его заменяет резистор. Входной конденсатор имеет емкость 15 мкФ, что впритык для напряжения 200-240 Вольт и совсем мало для 100-200.


Трансформатор также имеет весьма скромный габарит, особенно с учетом мощности около 20 Ватт, я бы сказал что он ближе к 12-15 Ватт, не больше.
Помехоподавляющий конденсатор правильного Y типа, здесь вопросов нет.


А вот то, что меня несколько удивило. Дело в том, что изначально я ожидал увидеть внутри две вещи, особенно зная заявленные параметры — синхронный выпрямитель и твердотельные конденсаторы. Если насчет конденсаторов вопрос спорный, они попадаются не так и часто, то вот 3 Ампера в таком корпусе выпрямить нормально можно только синхронным выпрямителем.
Ну по крайней мере я думал что будет как минимум 2 диода, а здесь вообще один — SR5100 (5 Ампер, 100 Вольт). Да, грустно.
Выходные конденсаторы Chang, 2х470мкФ х 16 Вольт, для 3 Ампер явно маловато.


1. ШИМ контроллер DS3118. Даташит мне не попался, но по косвенным данным этот контроллер предназначен для БП мощностью 16-30 Ватт.
2. Цепь питания ШИМ контроллера и токоизмерительные резисторы. Сложная цепь питания обусловлена тем, что выходное напряжение меняется в больших пределах, а следовательно пропорционально меняется и напряжение питания ШИМ контроллера и чтобы он работал стабильно надо его тоже регулировать. Схема на фото как раз напоминает часть стабилизатора напряжения.
3. Намотка трансформатора так себе, я бы такое не пропустил, а намотчику дал по рукам. Первичная и вторичная обмотка конечно не касаются друг друга, но запаса по изоляции между ними не видно, не говоря о лаке.
4. На выходе стоит микросхема QC, регулируемый стабилитрон TL431 и оптрон PC817.


Хоть плата и изготовлена неплохо, чистенько, аккуратненько, но расстояние между первичной и вторичной сторонами в 2.5мм (в районе оптрона) маловато, надо хотя бы 5-7мм.


Уже после осмотра решил провести дополнительные тесты.
Для начала нагрузочный тест, но уже без учета падения напряжения на разъемах.
Напряжение 5 Вольт, ток от 0.2 до 3.2 Ампера. До тока в 2.3 Ампера напряжение не менялось и составляло 5.24 Вольта, затем начало понемногу снижаться и при токе 3.2 Ампера составило 5.21 Вольта, отличный результат.


9 Вольт, ток 0.2-2.2 Ампера, здесь напряжение просело всего на 10мВ только при максимальном токе в 2 Ампера.


При напряжении в 12 Вольт я проверял сначала в диапазоне 0.2-1.8 Ампера, но потом решил провести второй тест, уже до 2 Ампер.
В итоге выходное напряжение держится стабильно даже при перегрузке, неплохо если бы не одно но…
Дело в том, что судя по показанным ранее термофотографиям БП явно сильно греется и когда я довел ток нагрузки до 2 Ампер при 12 Вольт, а выходная мощность составила почти 25 Ватт, то я ждал срабатывания защиты от перегрузки, но защита так и не сработала. Чревато такое тем, что БП может просто перегреться и выйти из строя.


Кстати насчет перегрева. Часто я вижу отзывы, где в процессе тестов измеряют температуру корпуса, собственно как я делал выше. Но на самом деле разница в температуре корпуса и температуре компонентов может отличаться глобально и потому в качестве демонстрации я провел и такой тест.
Проверка проходила при выходных параметрах 5 Вольт 3 Ампера и 12 Вольт 1.6 Ампера, время теста то же самое — 20 минут, корпус был закрыт. Через 20 минут я отключал нагрузку, питание зарядного, открывал корпус и делал термофото. Конечно есть небольшое время на открытие корпуса и вынимание платы из корпуса, но разница думаю не очень большая, несколько градусов.

В итоге температура внутри была порядка 110-115 градусов (слева 12 Вольт, справа 5 Вольт). Больше всего грелся выходной диод и трансформатор, температура была примерно одинакова.


И последний тест, оценка пульсацией выходного напряжения. В этом тесте осциллограф был подключен к выходному конденсатору БП, нагрузка подключалась ко второму конденсатору.


1, 2. — 5 Вольт 1.5 и 3 Ампера
3, 4. — 9 Вольт 1 и 2 Ампера
5, 6. — 12 Вольт 0.8 и 1.6 Ампера.

Размах пульсаций практически не зависит от выходного напряжения и составляет около 140 мВ для 50% нагрузки и 200 мВ для 100%. Для выходного напряжения 9 и 12 Вольт это в общем-то нормально, особенно если нагружать на 50-75%, но для 5 Вольт многовато. Нет, нагрузка будет работать нормально, просто хотелось бы меньше.
Кстати, попутно проверил влияние БП на работу тачскрина смартфона, все отлично, хотя за это отвечает другой параметр блока питания.


Возвращаясь к нагреву могу сказать, что без принятия специальных мер, например синхронного выпрямления, любое подобное зарядное устройство, находясь в таком компактном корпусе будет греться примерно одинаково. Как пример ниже для сравнения я положил рядом качественный блок питания 12 Вольт 1 Ампер, который заметно больше. Да, у него внутри есть входной фильтр, который занимает место на плате, но и мощность всего 12 Ватт.
Минвелл в таком формате, как показанный слева БП, выпускает вариант 25 Ватт, но у него применена небольшая хитрость, верхняя часть корпуса представляет собой металлопластик, на который отводится тепло от высоковольтного транзистора и выходного диода.


Теперь выводы.
Блок питания имеет отличную стабилизацию выходного напряжения, поддерживает работу по протоколам QC 2.0 и 3.0 в диапазоне 5-12 Вольт, обеспечивает заявленный выходной ток, но при этом имеется перегрев и несколько высокие пульсации при выходном напряжении 5 Вольт.
На мой взгляд данный БП лучше эксплуатировать при параметрах нагрузки — 5 Вольт 2 Ампера, 9 Вольт 1.5 Ампера и 12 Вольт 1 Ампер, так будет ближе к истине.

Недостатком является то, что при работе с устройствами QC они обычно не спрашивают какую мощность БП может выдать, и к примеру повербанк Besiter BST-K6X, с которым я также проверял данное зарядное, «просил» 9 Вольт с током около 1.8 Ампера и БП заметно нагревался. Также к недостаткам отнесу то, что защита от перегрузки настроена явно на очень высокую мощность, явно выше порога надежности данного блока питания и это является очень неправильным решением.

Наверняка в комментариях вспомнят о зарядном Gocomma QC 3.0, так вот обозреваемое не только имеет те же параметры, но кроме этого оно точно такое же внутри, только высоковольтная часть печатной платы разведена чуть по другому, даже компоненты применены такие же.

На этом у меня на сегодня все, надеюсь что обзор был полезен.