DIY Powerbank с поддержкой QC, PD3.0, BC1.2, AFC, FCP, SCP, PE+ и USB-C на контроллере SW6201S

Собралась дюжина разных 18650 li-ion аккумуляторов из разных устройств/АКБ. Было решено их пустить в дело. Собственно для этого и начал искать интересные варианты powerbank. Искал по критериям: наличие QC, в идеале PD. Один из таких и является powerbank из обзора. Из особенностей присутствует дополнительная функция фонарика.

Постараюсь прятать под спойлер все, что не сильно интересно.

Заказал 1 марта, 28 забрал. Доставка RETS Belarus. Упаковано в обычный пакет с пупыркой. Цвет конечно же не такой, как на фото товара. Вместо черного приехал оранжевый. Не смотря на то, что пластик в некоторых местах тонковат, powerbank доехал без повреждений. Сам powerbank находился в обычном пакете. В самом powerbank уже расположился пакет с 4 шурупами и отверткой.

Факт покупки

Посылка и комплект поставки

Собственно вот и сам powerbank. Прозрачный пластик дополнительно защищен транспортировочной пленкой. Прозрачный пластик очень тонкий и очень легко прогибается. Хорошо хоть гибкий и не ломается при этом.

Детальный обзор корпуса

С одной стороны корпуса расположены два разъема USB type A.

С другой — USB type C и кнопка. Крышка удерживается 3 саморезами из комплекта поставки. 1 положили про запас. Данная крышка в свою очередь удерживает прозрачный пластик.

Контакты самые обычные магнитные. Как по мне они стальные.

Места под 18650 даже больше, чем нужно. Зачем такие длинные пружины и столько из-за их длины лишнего места для меня загадка.

Без прозрачного пластика плата выглядит так.

Единственная кнопка выполняет несколько функций:
1. Короткое нажатие — принудительное включение
2. Двойное нажатие — принудительное выключение.
3. Длительное нажатие — включение/выключение светодиодов подсветки.

Флюс отмыт так себе. В центре платы в месте пайки контактов на аккумуляторы страшно смотреть.

Powerbank построен на базе SW6201S. Datasheet на данную модификацию найти не удалось, имеется в сети только для SW6201. Быстрый взгляд на datasheet SW6201 и заявленные характеристики со страницы товара выявил повышение мощности до 22.5 вт. 

В сети есть довольно подробный обзор на powerbank на SW6201 от kirich в его блоге. Советую почитать, ведь по сути контроллер предшественник данного из обзора. 

Как видно из фотографии место под термистор на плате есть, а самого термистора нет. Что печально. Если ячейки будут перегреваться, то контроллер ничего не сделает с этим. Отпаивать плату, чтобы убедиться в отсутствии термистора снизу платы я не стал.

Дополнительные компоненты платы

Элемент с маркировкой 56M152A (U5) находится в окружении резисторов (R38–R42) и дорожек, идущих к индикатору. Могу предположить, что это микроконтроллер управления индикацией. Datasheet конечно же не найти.

Элемент с маркировкой XB4908 (U2,U3) — это микросхемы для защиты литиевых аккумуляторов. Основные функции: защита от перезаряда, защита от глубокого разряда, Защита от перегрузки по току и короткого замыкания.

Элементы с обозначениями Q1, Q3 и Q4 — это сдвоенные N-канальные полевые транзисторы (MOSFET) типа 8205A. Работают в качестве ключей.

Как видим около портов имеются посадочные места под диоды зенера, а самих диодов нет.

Поддерживаемые протоколы согласно FNB58 и WITRN K2.

Далее для тестов подпаял провода к контактам B+ и B-. Далее в ходе тестов может присутствовать погрешности.

В спящем режиме powerbank потребляет 55 мкА

Режим фонарика

Всего имеется 22 светодиода. Цвет холодноватый. Некоторые светодиоды более желтые, чем остальные. Так задумано или поставили какие были? Стабилизации тока нет: чем меньше заряд аккумуляторов — тем меньше потребление и яркость.

Данный режим включается/выключается удержанием единственной кнопки powerbank.

Далее замеры потребления при разных напряжениях аккумулятора.

Далее хотелось бы поискать КПД преобразователя. Признаюсь честно, с оформлением таблиц, графиков и анализом данных мне помогал ИИ от Google.

1 эксперимент при использовании SCP и подачи 4.2 вольта на контакты батареи с блока питания. Эффективность преобразователя в среднем составляет 82–84%.

Результаты измерений свел в таблицу.

Краткий анализ:

• Пиковая эффективность: Достигается при выходном напряжении ~5 В и токе 1.5–2 А (около 84.7%).
• Тенденция: При повышении выходного напряжения до 12 В КПД немного проседает (до 82%), что нормально для повышающих (Boost) преобразователей из-за роста потерь на переключение и нагрев.
• Максимальная мощность: На последнем тесте преобразователь прокачал через себя 26 Вт при КПД 82%.

Фото замеров SCP 4.2 В питание

2 эксперимент при использовании SCP и подачи 3.5 вольта на контакты батареи с блока питания. Как и ожидалось, при снижении входного напряжения КПД немного упал, так как токи через компоненты выросли.

Результаты измерений свел в таблицу.

Краткий анализ (сравнение):

• Снижение эффективности: По сравнению с тестом на 4.2 В, КПД упал в среднем на 2–4%.
• Критическая нагрузка: На последнем замере (12 В / 1.7 А) КПД опустился до 76.2%. Входной ток в 7.58 А — это серьезная нагрузка; скорее всего, на этом этапе дроссель или преобразователь уже очень горячие и на пороге срабатывания защиты по температуре.
• Оптимальный режим: Лучше всего преобразователь по-прежнему чувствует себя на выходе 5 В при токе 1.5–2 А (82.5%).

Фото замеров SCP 3.5 В питание

В ходе испытаний было обнаружено, что powerbank отключает выход при преодолении порога в 3.2 вольта. Как мне кажется довольно высоким порогом. При попытках переподключить нагрузку не реагирует. При нажатии на кнопку индикатор сообщает об 0% заряда. По нормальному нужно подключить ЗУ на некоторое время и тогда powerbank выйдет из защиты и можно будет еще немного разрядить аккумуляторы. Главное, чтобы при нагрузке напряжение аккумуляторов не упало ниже 3.2 вольта.
Также при тестах на постоянном напряжении (3.3 вольта) было замечено уменьшение процента заряда вплоть до отключения powerbank. Сказывается наличие интегрированного в SW6201S кулонометра. В datasheet сказано, что «Кулонометр поддерживает самообучение максимальной емкости батареи и может определять максимальную емкость батареи за один полный цикл зарядки.
Начальная емкость батареи может быть установлена ​​с помощью резистора, соединяющего вывод LED5/CSET с землей.» Так вот этого самообучения замечено не было. Далее уже при тестировании powerbank с 18650 аккумуляторами проценты заряда явно хотят видеть емкость аккумулятора под 18 а·ч согласно установленному резистору. И не важно сколько раз заряжать/разряжать powerbank. 

Тесты с физическими 18650

Были использованы 6 li-ion аккумуляторов типоразмера 18650 Samsung ICR18650-22FM из АКБ ноутбука. Общая емкость самих аккумуляторов при разряде до 3.2 вольт составляет 10400 мАч 37.6 Вт·ч.

При зарядке powerbank потребляет 46.2 Вт·ч. Как видно было максимум 17 вт потребления.

При разрядке отдает 31.22 Вт·ч. Даный показатель был достигнув используя powerbank по прямому назначению, заряжая 2 разных телефона с разным потреблением при зарядке. Если вторым телефоном на зарядке был бы телефон с меньшим потреблением, то показатели Вт·ч были бы больше, т.к. напряжение аккумуляторов внутри powerbank просело бы меньше и момент преодоления 3.2 вольта случился бы позже. Но для чистоты эксперимента использовались минимальные замеренные значения.

Рассмотрим два разных процесса: зарядку и разрядку. 

1. КПД процесса разрядки: 31.22 Вт·ч / 37.6 Вт·ч × 100% ≈ 83%

2. КПД процесса зарядки: 37.6 Вт·ч / 46.2 Вт·ч × 100% ≈ 81.4%

С учетом погрешностей результат очень похож на результат экспериментов с питанием powerbank от блока питания.

Кстати, powerbank заряжает аккумуляторы до уровня 4.2 вольта.

Чуть не забыл показать индикатор. Вот он. При использовании быстрых протоколов зарядки справа вверху загорается молния, не активная на фото.

Еще была обнаружена не совместимость ЗУ Xioami 65W и 90W совместно с комплектными кабелями. Зарядка powerbank не начинается, только мигает индикатор. Как мне кажется powerbank пытается использовать type C как выход, а ЗУ при этом уходит в защиту и цикл начинается заново. Стоит поменять кабель на любой другой и зарядка начинается штатно.
Вообще type C выход показал себя не очень стабильно. При тестах на Xiaomi Redmi Note 8 Pro и при использовании Type-C Type-C кабеля с E-marker через пару секунд после начала зарядка отключалась. При подключении тем же кабелем к Xiaomi 15 проблем замечено не было. Разъемы Type A без проблем.

1. Итог:
   Как по мне powerbank довольно не плохой. Но не понравились следующие моменты:
   1. Напряжение защиты по переразряду в 3.2 вольта.
   2. Не работающий толком кулонометр и как следствие отображение индикатора процента оставшегося заряда.

3. Type-C разъем ведет себя странно...

Надеюсь кому-нибудь данный обзор поможет или будет интересен. Всех благ.

P.S. можно заряжать телефон при зарядке powerbank.

Есть еще один интересный powerbank на SW6201S, когда-нибудь и на него сделаю обзор.