Еще один DIY Powerbank на контроллере SW6201S

Толком нормального теста об функционале данного powerbank на странице товара не было обнаружено.

Но зато на aliexpress нашел. Копирую как есть:

Пункты продажи продукта:
1.Поддержка многоуровневого выхода 5-12 В, гибкая адаптация к различным потребностям устройства.
2.Нет необходимости в сварке, простая сборка, подходит для любителей DIY, легко работать.
3.Поддержка встроенной батареи большой емкости 18650, обеспечивающей длительный срок службы батареи.
4.Оснащен эффективной схемой регулирования напряжения для обеспечения стабильного вывода и защиты подключенных устройств.
5.Встроенные несколько функций защиты для обеспечения безопасности и стабильности во время использования.
Параметры продукта:
Выходная мощность: 22,5 Вт
Выход USB: 5 В/3 А, 9 В/2 А, 12 В/1,5 А (поддерживает одновременную зарядку и разрядку 5 В)
Выход DC1+DC2: 5 В/6 В/7 В/8 В/9 В/10/11 В/12 В (3 А-1,5 А) 18 Вт
Выход Type-C: 5 В/3 А, 9 В/2 А, 12 В/1,5 А (многопортовый одновременный выход только 5 В)
Вход Type-C: 5 В/3 А, 9 В/2 А, 12 В/1,5 А
Требования к батарее: незащищенная батарея 18650 с плоской головкой, внутреннее сопротивление в пределах 40 миллиом, разрядка выше 1C.
Встроенная защита от повышенного и пониженного напряжения на входе.
Встроенная защита от перегрузки по току, перенапряжения и короткого замыкания на выходе.
Поставляется с защитой от перезаряда, переразряда и перегрузки по току.
Встроенная защита от перегрева IC
Технические характеристики быстрой зарядки (поддерживающие протоколы):
Совместимость с быстрой зарядкой телефона BC1.2, Apple, Samsung.
Встроенный выходной протокол SCP 22,5 Вт для сверхбыстрой зарядки
Встроенный выходной протокол зарядки вспышки мощностью 22,5 Вт.
Встроенный протокол быстрой зарядки с выходом QC4.0+/QC4.0/QC3.0/QC2.0
Встроенный протокол быстрой зарядки входа/выхода FCP AFC
Поддержка быстрой зарядки на выходе PPS, PE2.0, SFCP
Поддерживает протоколы ввода/вывода PD2.0/3.0, PE1.1.1.
Если частный протокол телефона не поддерживает (USB не имеет быстрой зарядки), можно использовать зарядку PD (выход TYPE-C), а выход общедоступного протокола PD более стабилен.
Инструкции по эксплуатации функции постоянного тока:
1.Нажмите и удерживайте кнопку, чтобы войти в режим постоянного тока (по центре экрана загорается значок «DC»)
2.Выход по умолчанию начинается с 5 В, DC1 и DC2 соединены параллельно и калиброваны вместе.
3.Нажмите кнопку питания, чтобы увеличить напряжение, и она не должна быть слишком быстрой, поскольку двойное нажатие (дважды быстрое нажатие) выключит выход.
4.Последовательность отображения напряжения: 5 В-6 В-7 В-8 В-9 В-10 В-11 В-12 В-12 В циклический выход
5.Режим постоянного тока обеспечивает непрерывную работу и не переходит в режим сна автоматически.Чтобы выйти, дважды щелкните или нажмите и удерживайте кнопку, чтобы переключиться в режим USB.
Если режим постоянного тока перезапустится после выхода быстрой зарядки, необходимо подождать 30 секунд, чтобы ускорение постоянного тока вступило в силу.
7.При подаче питания на оборудование с выходной мощностью более 12 Вт в течение длительного времени рекомендуется использовать аккумулятор одной мощности емкостью не менее 2200 мАч.
8.Необходимо использовать диапазон напряжения, соответствующий требованиям оборудования, и не рекомендуется выбирать слишком высокое напряжение, в противном случае существует риск возгорания машины.
9.Продукт подходит только для устройств постоянного тока мощностью менее 18 Вт и не поддерживает устройства мощностью более 18 Вт.При подключении к мощным устройствам материнская плата сгорит;
10.Применимые устройства: маршрутизаторы, переключатели, мониторы, фонари для рыб, светодиодные фонари, небольшие водяные насосы, костюмы для кондиционирования воздуха, нагревательная одежда, небольшие динамики, небольшие вентиляторы, радиоприемники, массажное оборудование и другие устройства для своевременной зарядки от 5 В до 12 В.

Со снятой платой можно оценить как крепится глянцевая вставка.

Вставка чуть утоплена в корпусе.

Решение очень понравилось. В ситуациях когда powerbank лежит лицевой панелью вниз вставка не будет напрямую царапаться. Под глянцевой вставкой скрывается индикаторный дисплей. На котором виден оставшийся заряд в процентах, выбранный режим «USB» или «DC», индикатор быстрой зарядки и вольтметр, который позволяет примерно оценить напряжение на выходе.

Задняя крышка съемная, держится на 6 шурупах.

На верхней грани расположены разъемы DC 5.5 x 2.1 мм, DC 4 x 1.35 мм, USB type C и USB type A.

На правой грани располагается единственная кнопка. 

Не понравилось, что она немного выпирает и ее можно случайно нажать если powerbank стоит на этой грани. Что мне собственно и удалось сделать, но это я целенаправленно давил корпусом на стол.

Контактные шины самые обычные магнитные. Как по мне они стальные.

Замер сопротивления от начала и до конца:

Места под шесть 18650 столько, сколько нужно. Под каждым местом для аккумуляторов имеется обозначения полярности установки аккумуляторов. 

При установленных ячейках если потрясти powerbank будет слышны удары ячеек об лицевую и заднюю части корпус. Фото с установленными китайскими альтернативно оригинальными «panasonic» (у одной ячейки заменил поврежденную термоусадку):

Дополнительные фото, чтобы все поняли форму powerbank:

Без пленочки данный красавец выглядит так.

При удержании единственной кнопки включается встроенный триггер. Индикация изменяется с «USB» на «DC».

В этом режиме при нажатии на кнопку будет увеличиваться настройка выходного напряжения с шагом в 1 вольт. С 8 вольт включается индикатор быстрой зарядки.

Максимальное напряжение 12 вольт.

При этом в устройстве присутствует защита от «дурака». Если подключено устройство в USB type A или type C, то режим «DC» не включится. А если включен режим DC и вставить устройство в USB type A или C, то выход переключится на USB 5 вольт.

Как я уже выше отметил термистор отсутствует. К 14 выводу NTC контроллера запаян постоянный резистор номиналом 10.2 кОм. Подсветил его на фото. Решение спорное.

К 18 выводу LED5/CSET контроллера запаян постоянный резистор, соединяющий вывод с землей. Этот резистор задает начальную емкость батареи. По формуле из datasheet соотношение между начальной емкостью Cset и резистором Rcset следующее:

Rset=( Cset +2000 )*5/3 ом

Исходя из надписи 18000 mah на корпусе можно сделать вывод, что резистор на 

Rset=( 18000+2000 )*5/3 = 33333.(3) ом 

На плате, по замерам мультиметра, стоит резистор 20.2 кОм. Что по формуле соответствует емкости в 10000 мАч. Очень интересное развитие событий для меня.

Между дисплеем и микросхемой имеется вставка из вспененного материала. Маркировка дисплея если кому-нибудь пригодится.

Достав данную вставку можно наконец взглянуть на микросхему под дисплеем. К несчастью она без маркировки.

При этом потребление немного колеблется в районе 48-51 мкА.

Как и в предыдущем обзоре с оформлением таблиц, графиков и анализом данных мне помогал ИИ от Google.

В ходе тестов был выявлен троттлинг по перегреву. Чипу хватает буквально 5-10 секунд на разогрев до критической температуры при выходном напряжении 12 вольт и выходном токе 1.8 ампер. Контроллер начинает снижать выходную мощность лишь бы не перегреться. При зарядке устройств уже в корпусе при финальных тестах выходная мощность стабилизируется на уровне 14 ватт.

Для тестов на КПД пришлось организовать принудительный обдув, чтобы не встречать троттлинг.

1 эксперимент при использовании SCP и подачи 4.2 вольта на контакты батареи с блока питания. Powerbank показывает средний КПД на уровне 81–84%.

Результаты измерений свел в таблицу.

Краткий анализ:
Стабильность: КПД довольно ровный во всех режимах, что говорит о качественном преобразователе.
Пик эффективности: Устройство лучше всего работает на токе около 2А при стандартном напряжении (5В).
Высокая нагрузка: При повышении выходного напряжения до 12В и токе выше 6А на входе, КПД ожидаемо немного снижается из-за нагрева компонентов.
 

2 эксперимент при использовании SCP и подачи 3.5 вольта на контакты батареи с блока питания. Входные токи заметно выросли, а КПД в среднем снизился на 1.5–3%.

Результаты измерений свел в таблицу.

Основные изменения по сравнению с 4.2 В:
Снижение эффективности: Максимальный КПД упал с 84.56% до 81.95%. Это происходит из-за того, что преобразователю приходится сильнее «поднимать» напряжение, а возросшие входные токи вызывают большие потери на сопротивлении проводников и ключей.
Нагрев на пике: В последнем режиме (12В / 1.8А) входной ток достиг 8 ампер, а КПД упал до 75%. Это значит, что около 7 Вт энергии уходит чисто в тепло внутри корпуса — в этом режиме Powerbank будет греться очень сильно.
Критическая точка: При напряжении 3.5 В и ниже нагрузка 12В становится для устройства тяжелой, эффективность заметно «валится» с ростом тока.

3 эксперимент при использовании SCP и подачи 3.2 вольта на контакты батареи с блока питания. При входном напряжении 3.2 В (состояние почти разряженного аккумулятора) нагрузка на преобразователь стала экстремальной. Входные токи значительно выросли, а КПД опустился до минимальных значений.

Результаты измерений свел в таблицу.

Анализ текущего состояния:
Прогрессирующее падение КПД: В режиме 12V/1.5A эффективность упала до 74.49%. Это худший показатель из всех замеров.
Потери на тепло: При выходной мощности 17.6 Вт потери внутри Powerbank составляют около 6 Вт. При таком низком входном напряжении (3.2 В) устройство работает на пределе возможностей.
Отсутствие последней точки: Отсутствуют данные для режима 12В / 1.8А. Скорее всего, при 3.2 В на входе Powerbank либо уходит в защиту по току (так как входной ток должен был превысить 9–10 А), либо не может стабилизировать напряжение.

4 эксперимент при использовании режима DC и подачи 4.2 вольта на контакты батареи с блока питания. Этот режим позволяет увидеть более детальную картину работы преобразователя на каждом шаге напряжения. 

Результаты измерений свел в таблицу.

Краткие выводы по DC режиму:

1. Высокая планка: В этом режиме КПД заметно выше, чем в ваших первых тестах, и достигает 89.1% (на 7 вольтах). Похоже, протокол позволяет контроллеру работать в более оптимизированном состоянии.
2. Зависимость от тока: Четко видно, что при увеличении тока с 1.0А до 1.5А КПД всегда падает (на 1-3%). Это потери на сопротивлении (нагрев).
3. «Сладкая точка» (Sweet Spot): Диапазон 6В – 7В при токе 1А является самым эффективным для данного устройства.
4. Точность: На 6 вольтах при 1.5А заметна просадка выходного напряжения (6.003В против 6.346В при 1А), что также коррелирует с падением КПД.

График настраиваемого режима наглядно показывает поведение преобразователя:

• Разрыв КПД: Синяя линия (1.0А) стабильно выше красной (1.5А). Этот разрыв в 1.5–2% наглядно иллюстрирует потери на нагрев компонентов при росте тока.
• Локальные пики: Лучшая эффективность наблюдается в диапазоне 6–7 вольт. Это «золотая середина», где соотношение входного и выходного напряжений оптимально для схемы преобразования.
• Стабильность: В отличие от стандартных фиксированных режимов, здесь КПД держится на высоком уровне (выше 85%) на всем диапазоне напряжений, что говорит о качественной реализации протокола управления мощностью.

Т.к. в режиме DC КПД выше, то решил сделать замеры на других протоколах быстрой зарядки.

5 эксперимент при использовании режима QC3 и подачи 4.2 вольта на контакты батареи с блока питания. В этом режиме преобразователь выдает чуть более высокое напряжение (с запасом на падение в кабеле), что положительно сказывается на итоговой эффективности.

Основные отличия:

1. Средний КПД вырос на 2–4% относительно SCP. Это связано с тем, что контроллер в QC3 выдает чуть более высокое напряжение (например, 5.15В вместо 4.9В), что позволяет передавать ту же мощность при меньших токах на выходе и меньших потерях.
2. Эффективность на 5В: В SCP пик был 84.56%, в QC3 он достигает 88.11% (при нагрузке 1.5А).
3. Высокая мощность: В тяжелых режимах (около 20 Вт) QC3 удерживает КПД на уровне 83.6%, тогда как в SCP он проседал до 81.1%.

Вывод: Режим QC3 реализован в этом Powerbank гораздо качественнее. При его использовании устройство будет меньше греться и отдаст больше полезной энергии.

6 эксперимент при использовании режима PD и подачи 4.2 вольта на контакты батареи с блока питания. В этом режиме powerbank показывает результаты, близкие к SCP, но с чуть более выраженными просадками напряжения под нагрузкой.

Краткий анализ режима PD:

1. Эффективность в режиме PD оказалась ниже на 3-5%, чем в QC3. Например, на 12В / 1.5А в режиме QC3 было 84.8%, а в PD — 83.1%.
2. Просадка напряжения: Видно, что при росте тока напряжение падает сильнее. На 5В при 1.8А оно опустилось до 4.80В, в то время как в QC3 держалось на уровне 5.12В. Явно падение напряжения на кабеле в протоколе PD влияет на КПД.
3. Стабильность: Лучший КПД (84.7%) сместился в сторону режима 9В / 1А.

Были использованы 6 li-ion аккумуляторов типоразмера 18650 Panasonic альтернативно оригинальные из поднебесной.

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 3.0 вольт составляет 17735 мАч 63.33 Вт·ч.

При разрядке использовал электронную нагрузку и QC2 9В протокол. 14 Вт потребления. Powerbank смог отдать 55.84 Вт·ч энергии. Хочу отметить тот факт, что при 14 Вт потребления powerbank начал троттлить по температуре на последних процентах. Как видно по фотографии держать 9 вольт уже не мог.

Далее при зарядке powerbank потребляет 79.42 Вт·ч. Как видно было максимум 15 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. 

55.84 Вт·ч / 63.33 Вт·ч × 100% ≈ 88.17%. 

2. КПД цепи заряда

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

63.33 Вт·ч / 79.42 Вт·ч × 100% ≈ 79.74%.

3. Сквозной (циклический) КПД

Показывает общую энергоэффективность устройства «от розетки до телефона».

55.84 Вт·ч / 79.42 Вт·ч × 100% ≈ 70.31%.

Дальнейшее повышение выходной мощности при таком напряжении питания выливается в выключение powerbank.