DIY Powerbank на контроллере SW6208S с сюрпризом в виде VOOC/DASH/WARP

Описание товара довольно скудное. Из интересного то, что «второго шанса нет» при сборке powerbank!

Описание:

Совместимость: Полный протокол: PPS/PD3.0/PD2.0, QC4+/QC4/, QC3.0/QC2.0///SCP/PE2.0/PE1.1/SFCP, низкое напряжение прямая зарядка
Эта модель представляет собой непередвижной источник питания без сварки мобильного источника питания (печатная плата + корпус), за исключением аккумулятора. Аккумулятор должен быть приобретен покупателем для установки 18650 (плоская головка), прежде чем его можно будет использовать. Не переворачивайте аккумулятор, это повредит материнскую плату (осколки — это положительный полюс, пружина — отрицательный полюс), пожалуйста,
вставьте его правильно, второго шанса нет, корпус нельзя разобрать дважды, пожалуйста исправь это за один раз! Модель батареи: 18650 (не входит в комплект)
Встраиваемые ячейки: 6 секций

Цвет:A: черный
Материал: пластик
Размер: 146 х 77 х 23 мм

Фактура поверхности довольно интересная. Вот увеличенное изображение:

С внутренней стороны корпус выглядит следующим образом. Под каждым слотом для аккумуляторов есть обозначение полярности.

Корпус имеет множество защёлок. Снять заднюю панель после сборки будет затруднительно. Продавец так и пишет: «Второго шанса нет, корпус нельзя разобрать дважды». Вот как выглядят защёлки на задней съёмной панели:

Глянцевая панель оклеена транспортировочной плёнкой со всех сторон. Как и в случае с задней панелью, здесь имеется множество защёлок.

При попытке разборки уже собранного корпуса данные перемычки пластика под защелки в основном корпусе благополучно обломятся:

Плата крепится к корпусу разными саморезами. Что было под рукой у сборщика, то и пошло в дело:

Под основной платой есть посадочное место под незадействованный защитный экран дисплея.

Отверстия под боковые защёлки становятся видны, если снять плату:

Также можно заценить, как кнопка вплавлена в корпус:

Кстати, кнопка немного выпирает из корпуса, и её вполне можно случайно нажать. Лично мне больше нравятся кнопки либо вровень с корпусом, либо чуть утопленные.

Теперь немного анализа токовых шин. Лично мне не понравилось, что сечение минусовой шины в месте пайки к плате значительно меньше плюсовой. Вот плюсовая:

И минусовая:

Контактные шины самые обычные, магнитятся. Как по мне, они стальные.

Также хочу отметить значительное сопротивление пружин:

Аккумуляторы вставляются очень плотно, пружины сжимаются максимально. Возможно, в этом случае сопротивление будет меньше. При этом сама минусовая шина и место пайки испытывают некоторую нагрузку. Необходимо будет исправить этот момент с помощью паяльника.

В сборе с прозрачной панелью Power Bank выглядит вполне неплохо. Читаемость дисплея отличная. 

Фотографий устройства в полностью собранном виде не будет, так как Power Bank был успешно подарен (без аккумуляторов внутри).

Рядом с микросхемой SW6208S установлен электролитический Low ESR конденсатор на 35 В, 100 мкФ.

Компоненты обратной стороны:

Под дисплеем находится прокладка из вспененного материала.

Как я уже отметил выше, термистор отсутствует. К 18-му выводу (NTC) контроллера запаян постоянный резистор номиналом 10 кОм. Подсветил его на фото. Решение спорное.

Далее хочу отметить три переходных отверстия на другую сторону: P19 — это VCC, P20 — это KEY/GSET, P22 — это LED5/CSET.

По datasheet: время постоянной зарядки можно установить с помощью резистора, соединяющего вывод KEY/GSET с VCC. Установлен резистор на 10 кОм. Формулы расчёта в datasheet я не нашёл.

Начальная ёмкость батареи может быть установлена с помощью резистора, соединяющего вывод LED5/CSET с землёй. Соотношение между начальной ёмкостью Cset и резистором Rcset следующее:
Rset = (Cset + 2000) * 5/3

По замерам, на плате стоит резистор на 20 кОм. Из формулы получаем, что Cset равняется 10 000 мАч. И это снова не совпадает с надписью на крышке корпуса.

При этом потребление немного колеблется в диапазоне 52–58 мкА.

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

Так как плата маленькая и теплу уходить некуда, контроллер начинает троттлить довольно быстро — он снижает выходную мощность, лишь бы не перегреться. При зарядке устройств в полностью собранном корпусе во время финальных тестов выходная мощность находилась на уровне 16–18 Вт.

Для тестов на КПД пришлось организовать принудительный обдув, чтобы избежать троттлинга. Для проверки эффективности данного Power Bank я использовал только протокол PD ради экономии времени.

Эксперимент №1: протокол PD, подача 4,0 В на контакты батареи от блока питания

Power Bank показывает КПД в диапазоне от 84,44% до 90,45% в зависимости от режима нагрузки. Максимальная эффективность достигается при выходном напряжении около 5 В и токе 1,5 А.

Результаты измерений свел в таблицу.

Краткий анализ:

• Падение при росте мощности: в рамках каждой группы напряжения (линии на графике) отчётливо видно, что с ростом выходной мощности КПД падает. Это связано со значительным увеличением входного тока, из-за чего растут потери на нагрев компонентов.
• Влияние коэффициента умножения: чем сильнее преобразователю приходится поднимать напряжение (с 4,0 В до 12 В), тем ниже опускается вся кривая эффективности. Режим 12 В целиком находится в нижней части графика.
• Пиковая зона: оптимальный режим эксплуатации находится в левой части зелёной линии при мощности 7,74 Вт.

Эксперимент №2: протокол PD, подача 3,4 В на контакты батареи от блока питания

При снижении входного напряжения до 3,4 В диапазон КПД Power Bank сместился вниз и теперь составляет от 79,15% до 88,57%. Снижение напряжения питания привело к росту входных токов, из-за чего общая эффективность устройства упала в среднем на 2–5% по сравнению с предыдущим тестом.

Результаты измерений свёл в таблицу.

Краткий анализ:

• Смещение пика эффективности: максимум КПД сместился на отметку 88,57% (был 90,45%). Схема по-прежнему лучше всего работает в режиме 5 В при токе нагрузки около 1,5 А.
• Тяжёлый режим (12 В): при выходном напряжении 12 В и максимальном токе (режим №10) КПД упал до 79,15%. Входной ток при этом вырос до внушительных 7,56 А.
• Критический нагрев: в режиме №10 плата преобразует в чистое тепло 5,36 Вт энергии (25,70 Вт – 20,34 Вт).

Эксперимент №3: протокол PD, подача 3,2 В на контакты батареи от блока питания

При входном напряжении 3,2 В эффективность преобразователя продолжает падать, и теперь диапазон КПД составляет от 79,52% до 88,01%.

Результаты измерений свёл в таблицу.

Краткий анализ:

• Падение пика эффективности: максимальный КПД теперь составляет всего 88,01% (в самом первом тесте при 4,0 В он превышал 90%).
• Быстрая деградация под нагрузкой: при попытке снять 3 А в режиме 5 В (режим №4) входной ток возрастает почти до 6 А, а КПД падает до 81,54%. Потери на нагрев в этой точке составляют 3,49 Вт.
• Лимит топологии: преобразователь работает вблизи нижнего порога эффективности для большинства повышающих (Boost) схем.

В этом эксперименте в режимах 9 В / 2 А, 12 В / 1,5 А и 12 В / 1,67 А Power Bank отключался.

Используя математическую модель (экстраполяцию по предыдущим тестам при 4,0 В и 3,4 В), можно оценить, какими были бы параметры устройства в этих режимах перед отключением или выходом из строя:

Что показывает обновлённый график?

• Граница стабильности: розовая область справа (выше 16 Вт) наглядно иллюстрирует «красную зону». Как только расчётная мощность заходила туда, входной ток превышал порог защиты, вызывая отключение устройства.
• Тренды падения КПД: пунктирные линии показывают, что в недоступных режимах эффективность упала бы до критических 76,5–79,5%. При таких значениях нагрев платы стал бы лавинообразным.

Для тестов были использованы шесть Li-ion аккумуляторов типоразмера 18650 Panasonic из прошлого обзора.

Power Bank разряжает элементы питания до уровня 3,062 В.

От зарядного устройства с поддержкой PD 3.1 повербанк потребляет 16,8 Вт. По мере повышения напряжения на аккумуляторах мощность зарядки увеличивается (если только контроллер не начинает перегреваться).

При этом устройство заряжает элементы выше «психологической отметки» в 4,2 В. После отключения зарядного устройства напряжение немного проседает — ровно до 4,2 В. Этот момент мне не понравился. Можно сказать, что стандартный для Li-ion аккумуляторов порог в 4,2 ± 0,05 В из даташитов не превышен, но при этом должен соблюдаться ток отсечки в 100 мА на один элемент. Здесь же это правило явно не выполняется. Из чего я делаю вывод: Power Bank постоянно перезаряжает аккумуляторы.

В предыдущих повербанках, на которые я делал обзоры, после окончания зарядки на элементах тоже оставалось ровно 4,2 В — то есть они аналогично перезаряжали аккумуляторы.

Вышесказанное — это исключительно мой личный вывод, и в будущем я обязательно перепроверю этот факт.

Я не собирал Power Bank полностью, то есть тестировал его без задней крышки. В таком виде температурный режим сильно отличался бы от условий реальной эксплуатации. Чтобы снизить погрешность измерений, я укутал устройство в пупырчатую плёнку для ограничения прямого доступа воздуха. Только на время замера температуры я доставал повербанк из этого импровизированного утеплителя.

Для теста на электронной нагрузке был выбран режим PD: 9 В и 2 А. Аккумуляторы предварительно полностью заряжены.

10 минут с начала теста: температура контроллера практически добралась до 100 °C. Начинает прогреваться самый близкий к плате аккумулятор.:

Прошло 22 минуты с начала теста:

33 минуты с начала теста: по мере разрядки аккумуляторов входной ток повышается, вызывая рост температуры компонентов. Температуры пока сносные, Power Bank всё ещё не начал троттлить.

54 минуты с начала теста: с этого момента я начал измерять ещё и температуру корпуса. Как видно по тепловизору, она не такая высокая, как на плате или самом контроллере. Тем не менее Power Bank уже начал снижать выходную мощность.

На разъёме micro-USB температура подбирается к 70 °C, а сам контроллер разогрелся до 120 °C. 

76 минут с начала теста: напряжение на аккумуляторах упало до 3,7 В. Выходная мощность заметно снизилась.

Корпус продолжает прогреваться. Напоминаю: устройство укутано в плёнку, поэтому в реальной жизни температуры могут отличаться. Температура контроллера держится в районе 120 °C.

Так как из-за троттлинга при 120 °C мощность сама поползла вниз, было принято решение принудительно снизить нагрузку до 14 Вт.

99 минут с начала теста:

Уменьшение мощности на 4 Вт значительно охладило Power Bank. Всего 90 °C на контроллере!

124 минуты с начала теста: намёков на троттлинг нет.

172 минуты с начала теста.

Температуры всё же немного растут из-за повышения потребляемых токов.

195 минут с начала теста.

В итоге, проработав в таком режиме ещё 25 минут, Power Bank отключился по разряду, отдав почти 55 Вт·ч энергии.

Power Bank имеет отличные показатели фильтрации напряжения, которые полностью безопасны для любых заряжаемых устройств. Все замеры находятся далеко ниже критического порога в 50–100 мВ.