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.

Как оказалось, не все понимают форму powerbank по всем фотографиям, что тут были выложены. Вот несколько фотографий дополнительно:

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 отмечено, что powerbank отключает выход при преодолении порога в 3.1 вольт на аккумуляторах.

Также при тестах на постоянном напряжении (3.3 вольта) было замечено уменьшение процента заряда на индикаторе 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 самообучение явно работает плохо. Нужно зарядить/разрядить powerbank много раз, чтобы индикатор начал показывать более или менее правдивые показания.

Кстати, powerbank заряжает аккумуляторы до уровня 4.2 вольта.

Тесты с физическими 18650

Были использованы 6 li-ion аккумуляторов типоразмера 18650 Samsung ICR18650-22FM из АКБ ноутбука. Эти АКБ как оказалось довольно уставшие и не сильно подходят для высоких токов при высокой мощности потребления powerbank.

Для чистоты эксперимента я проверил их емкость постоянной мощностью в 17.5 Вт. Почему 17.5? Т.к. далее при тесте я буду давать нагрузку повербанку в 14 Вт. КПД округлю и возьму 80%. Вот и получается имитирую нагрузку на сами ячейки powerbank в 17.5 Вт.

Общая емкость самих аккумуляторов при разряде постоянной мощностью в 17.5 Вт до 3.1 вольт составляет 9937 мАч 34.76 Вт·ч.

При разрядке использовал электронную нагрузку и QC2 9В протокол. 14 Вт потребления. Powerbank смог отдать 31.92 Вт·ч энергии. Хочу отметить тот факт, что при 14 Вт потребления powerbank не показал ни намека на троттлинг по температуре. Он до последнего держал выше 9 вольт до самого отключения. Герой моего следующего обзора таким похвастаться не смог.

Далее при зарядке powerbank потребляет 45.29 Вт·ч. Как видно было максимум 17 Вт потребления.

1. КПД преобразователя на разряд

Это основной показатель эффективности платы управления при работе под нагрузкой 14 Вт, QC2 9 В. Он показывает, какая часть энергии аккумуляторов дошла до потребителя. 

31.92 Вт·ч / 34.76 Вт·ч × 100% ≈ 91.83%. 

Теперь я примерно понимаю как китайцы нашли КПД 95%...

2. КПД цепи заряда

Этот параметр показывает эффективность контроллера при восполнении энергии. Здесь потери выше из-за нагрева аккумуляторов и работы понижающего преобразователя.

34.76 Вт·ч / 45.29 Вт·ч × 100% ≈ 76.75%.

3. Сквозной (циклический) КПД

Показывает общую энергоэффективность устройства «от розетки до телефона».

31.92 Вт·ч / 45.29 Вт·ч × 100% ≈ 70.48%.

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. ЗУ и powerbank не могут договориться и уходят в цикличную перезагрузку. Стоит поменять кабель на любой другой (без E-marker) 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.

Итог:

Как по мне powerbank довольно не плохой. Но не понравились следующие моменты:

1. Напряжение защиты по переразряду в 3.1 вольта. При этом если подсунуть ячейки с напряжением в 2.8-2.9 вольта, то светодиоды будут немного гореть пока не подключишь ЗУ.
2. Странно работающий 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. Но при пропадании питания на ЗУ, порты powerbank перезагружаются.

Есть еще один интересный powerbank на SW6201S. Обзор будет.