Плата контроллера внешнего аккумулятора (power bank) на IP5328 с поддержкой QC2.0/QC3.0 - тест и обзор

Обзор посвящен плате (модулю) контроллера внешнего аккумулятора (power bank) с поддержкой режимов быстрой зарядки QC2.0 и QC3.0.

В обзоре будут приведены его технические характеристики, кратко описана схемотехника, сделаны тесты, представлены осциллограммы, сделаны полезные выводы и даны рекомендации по практическому применению.

В обзоре в большинстве случаев (но не всегда) вместо слов "power bank" будет употребляться народное название "повербанк".

(Кликнуть для увеличения)

Плата основана на контроллере IP5328 китайского производителя  Injoinic, основные параметры которого приведены в следующей таблице:

Теперь приступим к детальному изучению объекта обзора.
 

Внешний вид и конструкция платы power bank с поддержкой быстрой зарядки (QC 2.0/QC 3.0)

Эта плата повербанка с поддержкой быстрой зарядки - сложная и насыщенная деталями.

Осмотрим её и кратко разберём, что на ней для чего; для начала - вид сверху:

Центральный элемент платы (1), это - микросхема контроллера IP5328.

В Сети удалось найти datasheet только её близкого "родственника" - IP5328P (datasheet, PDF, 1.9 MB).

Чип IP5328 по сравнению с IP5328P - слегка упрощенный. Он не поддерживает протокол быстрой зарядки PD, но есть поддержка QC2.0 и QC3.0. Все остальные параметры совпадают.

Контакты микросхемы, через которые протекают сильные токи, запараллелены по нескольку штук.

Рядом с чипом IP5328 расположен дроссель 2.2 мкГн (2) и электролит 100 мкФ 25 В (3).

Дроссель работает одновременно и в составе повышающего преобразователя при отдаче мощности, и в понижающем преобразователе при  зарядке повербанка.

Дроссель - крупный, и это - один из признаков высокой мощности устройства.

Электролитический конденсатор - только один, что может не лучшим образом сказаться на пульсациях.

Сбоку платы устанолены 6-ногие сборки MOSFET-транзисторов 8205A (4) (с обратной стороны платы установлено ещё 2 штуки). Они работают впараллель и вместе с контроллером DW01A (тоже маленький 6-ногий чип) образуют схему защиты аккумулятора.

Возможно, эта схема защиты - в некотором роде "архитектурное излишество", поскольку главный контроллер платы также имеет защитные функции.

С другого бока расположена кнопка управления повербанком (5).

С её помощью можно включить повербанк (если он сам не включился); или же, можно длительным нажатием включить светодиод встроенного фонарика.

Посмотрим на передний край платы.

Здесь расположены разъёмы и светодиод фонарика.

Всего разъёмов - 4 штуки; из них два полноразмерных USB 2.0-A, один - USB Type-C и один - Apple Lightning (мама).

Разъёмы USB-A - только выходы, USB-C - выход и вход, Lightning - предположительно, вход, но проверить было нечем.

Светодиод фонарика подходит для освещения близко расположенных предметов, вроде замочной скважины при открывании дверей. Также можно использовать как маломощный бытовой фонарик, например, для поиска уроненных вещей под диваном.

Интересно, что в полной темноте заметно небольшое (едва заметное) свечение этого светодиода. Бага это или фича - сложно сказать, но обнаружению повербанка в полной темноте поможет.

И, наконец, осмотрим плату с нижней стороны:

Здесь, кроме упомянутых выше элементов схемы защиты аккумулятора, почти в центре платы находятся четыре светодиода индикации уровня заряда аккумулятора.

Не уверен, что это - наилучшее место для их размещения (они должны быть как-то видны пользователю); но, как сделано, так сделано.

При запуске этой платы в эксплуатацию есть небольшая тонкость: после подключения аккумулятора надо на несколько секунд поставить систему на зарядку, даже если аккумулятор заряжен. Это - штатная операция, необходимая для активации системы.

 

Испытание платы для повербанка с поддержкой быстрой зарядки

Первым делом была проверена поддержка быстрой зарядки (QC).

Проверка показала, что по выходу поддержка QC есть, а по входу - нет. То есть, повербанк с такой платой может заряжать другие устройства в режиме быстрой зарядки с подъёмом выходного напряжения до 9 или 12 В; но сам он может заряжаться только в обычном режиме 5 В.

Для проверки поддержки платой режима QC со стороны входа она подключалась на зарядку к источнику с поддержкой данного режима; а для проверки поддержки со стороны выходов использовались платы QC-триггеров на 9 и 12 В:

Такие QC-триггеры принудительно переводят повербанки с поддержкой быстрой зарядки на напряжение 9 или 12 В, подробности - в этой статье.

Затем проверялась работа в предельных режимах: 5 В / 3 А; 9 В / 2 А; 12 В / 1.5 А.

Все три режима оказались работоспособными, но при этом сильно нагревалась микросхема контроллера IP5328.

В режиме 12 В / 1.5 А был сделан тепловой снимок платы:

На термоснимке плата ориентирована разъёмами вправо.

Температура чипа IP5328 достигла почти 90 градусов. В принципе, такая температура не угрожает чипу, но при установке в тесном корпусе возможно срабатывание температурной защиты с соответствующим снижением отдаваемой мощности (или полным отключением).

Следующая проверка - на ток автоматического выключения платы. Эта проверка необходима в связи с тем, что все современные повербанки имеют функцию автоматического выключения, когда нагрузка слишком мала.

Эта функция - полезна, поскольку переводит повербанк в спящий режим при отключении нагрузки, и, тем самым экономит энергию аккумулятора.

Но при работе со слабыми потребителями энергии этот эффект может быть вредным: повербанк может отказаться питать такие устройства.

Проверка показала такие значения токов автоматического отключения платы:

Полученные результаты следует оценивать положительно: плата способна работать со слабыми потребителями, начиная примерно от 0.3 Вт.

Далее - проверка тока холостого хода (спящего режима). Он оказался крайне мал и составил 62 мкА.

Теперь посмотрим несколько осциллограмм. Осциллограммы были сняты с помощью осциллографа Hantek DSO5102P (обзор).

Напряжение на точке соединения дросселя с чипом IP5328 в режиме нагрузки 5 В / 1 А:

В общем, здесь ничего особенного: стандартная работа повышающего DC-DC преобразователя.

Теперь посмотрим пульсации на выходе в этом же режиме:

Пульсации - умеренные, около 33 мВ пик-пик.

Но они имеют не только "быструю" составляющую, видимую на последней осциллограмме, но и "медленную", которая видна на более длинных развёртках:

Объяснить происхождение "медленных" волн пульсаций сложно, но их величина не настолько большая, чтобы это стало поводом для беспокойства.

Следующая осциллограмма - снова в точке соединения дросселя и чипа IP5328, сделанная на этот раз не в режиме отдачи энергии, а в режиме зарядки аккумулятора, подключенного к плате:

Здесь тоже ничего особенного: обычная работа понижающего DC-DC преобразователя.

Теперь перейдём к картинкам в экстремальном режиме: 12 В / 1.5 А на выходе. Снимается в той же точке:

Снова ничего особенного.

Теперь посмотрим на пульсации выходного напряжения в этом режиме:

Пульсации - довольно большие, 200 мВ пик-пик. Сказывается нехватка ёмкости на выходе платы.

Впрочем, катастрофой такой уровень пульсаций назвать нельзя. В случае, если повербанк используется для зарядки другого устройства (например, смартфона), то какой-то прецизионной точности в этом процессе не требуется.

В заключение этой главы - ещё немного информации о работе платы повербанка с поддержкой быстрой зарядки.

Сквозную зарядку плата поддерживает (т.е. зарядку другого устройства, подключенного к плате, которая сама находится в режиме зарядки), но без поддержки "быстрой зарядки" (т.е. только в режиме 5 В).

Максимальный ток зарядки, который плата потребляет от внешнего зарядного устройства, составил 1.71 А. Это означает, что для зарядки можно пользоваться стандартным зарядным устройством 5 В / 2 А, если оно способно отдать "честные" 2 А.

Защита от короткого замыкания - работает. После снятия замыкания происходит автоматическое восстановление работоспособности платы.

Максимальное напряжение, до которого заряжается подключенный аккумулятор - 4.21 В.

Минимальное напряжение, до которого разряжается аккумулятор - 3.05 В (при дальнейшем разряде выход платы отключается).

 

Окончательный диагноз модуля (контроллера) power bank (внешнего аккумулятора)

Плата для повербанка с поддержкой быстрой зарядки оказалась хотя и не идеальной, но вполне пригодной для применения по прямому назначению.

Её не идеальность состоит прежде всего в том, что она поддерживает быструю зарядку (QC2.0/QC3.0) только со стороны выхода; а со стороны входа поддержки быстрой зарядки нет (то есть, аккумулятор, подключенный к плате, будет заряжаться обыкновенно, неспешно).

Несмотря на это, плата успешно показала возможность работы на максимальной мощности в нагрузке до 18 Вт в режимах выхода 9 и 12 В, и до 15 Вт в режиме 5 В.

Нагрев контроллера при этом хотя и оказался сильным, но не опасным для его жизни и здоровья. Вместе с тем такой существенный нагрев потребует при использовании платы в составе какой-либо конструкции принятия мер, препятствующих дальнейшему разогреву и перегреву.

То есть, потребуется достаточный простор для естественной конвекции воздуха и/или применение металлического корпуса, что обеспечит лучший теплообмен с окружающей средой по сравнению с пластиковым корпусом.

И, естественно, не рекомендуется длительное использование на уровне предельно-допустимых параметров.

Правда, при зарядке внешних устройств (например, смартфонов), они не будут спрашивать нашего разрешения на то, какой ток им можно взять от повербанка. Но, как правило, они - достаточно "умны", и максимального тока не требуют (ограничиваются 90% от максимума).

Что касается тонкостей применения, то надо сказать, что, хотя плата формально может работать с любым стандартным литий-ионным аккумулятором; практически эту плату лучше использовать только с достаточно ёмким аккумулятором (от 5000 мАч и выше). А при использовании с "мелким" аккумулятором в режиме работы на нагрузку с "быстрой зарядкой" его ёмкость будет таять не по часам, а по минутам; а сам аккумулятор может попасть в нештатный режим работы и перегреваться.

Дополнение от 01.01.2024. Протестированная плата снята с производства и с продажи.

Вместо неё есть в продаже, например, и другая плата на том же контроллере IP5328:

Эта плата отличается от протестированной в отношении внешних разъёмов: вместо разъёма Lightning установлен "классический" micro-USB. Цена платы - около $3.5.

Купить такую плату можно, например, здесь (внимание, плата не протестирована; но должна быть близка по свойствам к протестированной, так как основана на том же чипе).

Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158

При тестировании контроллера использовался осциллограф Hantek DSO5102P (обзор).

Вступайте в группу SmartPuls.Ru  ВКонтакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

   Искренне Ваш,
   Доктор
   18 января 2022 г.

   В комментариях запрещены, как обычно, флуд, флейм и оффтопик.
  Также запрещено нарушать общепринятые нормы и правила поведения, в том числе размещать экстремистские призывы, оскорбления, клевету, нецензурные выражения, пропагандировать или одобрять противозаконные действия. Соблюдение законов - в Ваших же интересах!

  Комментарии вКонтакте:

При копировании (перепечатке) материалов активная ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!