切换到宽版
  • 15627阅读
  • 83回复

分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103) [复制链接]

上一主题 下一主题
离线2545889167
 

发帖
11184
M币
31905
专家
139
粉丝
4374
— 本帖被 發騷友 设置为精华,作者+3000M币+5专家(2017-07-03) —
前言:前不久打了不少PCB,为了不便宜板厂,就在边角上不满10cm的地方拼了好几款的DCDC的小板子,近几天吧它们都焊起来了,折腾测试了一番,吧其中得到的经验和大家分享分享。
内容要是有些啥说的不对的,也欢迎高手指正

上一贴:diy锂电池暴力充电小板,4a充电无压力!! :http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2037194
快点电QC3.0快充充电器 评测和拆解[多图104P]:http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2122649

第一片DC-DC芯片是德州仪器出品的TPS61088升压芯片
这款芯片主要是用在单锂电池升压的应用上。10A的开关管电流令人眼前一亮,而且还拥有相当高的效率
这芯片也算是ti家的一款明星芯片了
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)

开关管的导通内阻相当低,低内阻是大电流过去的保障
PWM模式下限流11.9A
PFM模式下限流10.3A
反馈基准电压1.204V(后面会用到)
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)

手册上给的效率非常高
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)

为啥说这货是明星芯片呢?
那是因为15-16年出货的双向快充的移动电源,大部分都用了TPS61088和bq25895的组合来实现快充
关于bq25895这里不详细说,具体看这帖子http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2037194
乐视的双向快充移动电源
乐视超级移动电源 13400mAh 超级详细测评(LeTV LeUPB-211D)|http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1495416
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)

魅族的双向快充移动电源
素雅禅意,侘寂美学~魅族移动电源(快充版)体验+拆解|http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1652837
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)

华为的
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)

努比亚的
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)

其他等等几款(具体是哪家的记不清了,其中包括小米)
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)

这货10A的开关电流可以满足在锂电池放电接近截至3V时候输入10A 能输出 9V 3A 27W
这么猛的性能,价格当然也很猛
ti给的参考报价1.6刀
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)

XX商城的价格  差不多也1刀 的样子,销量还不错~
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)
某宝就不看了,标价非常混乱,好多都不能直拍。

那么画的小板
原理图  强制设置成PWM模式了
图上的FP6601Q为qc3.0快充识别芯片
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)

板子预览图
板子很小,1cm*3cm
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)

全3d模型蛮漂亮的说
分享最近折腾几片DC-DC芯片的经验,QC3.0快充原理(TPS61088 SX1308 PT4103)

楼下继续 编辑完之前麻烦不要插楼
本帖最近打赏记录:共37条打赏M币+411专家+3
wofans M币 +1 謝謝分享 07-16
柳清眉 M币 +8 優秀文章 07-13
jxcnj M币 +8 優秀文章 07-12
366261061 M币 +30 優秀文章 07-12
hz_zhc M币 +20 玩得好!楼主! 07-12
baorain M币 +15 謝謝分享 07-09
gb111111 M币 +1 好贴靠顶,比较关注升9V那个,家里几个用叠层电池的设备,附近的超市没得卖,要坐车走很远才能买到。 07-07
吴鹏930 M币 +10 優秀文章 07-05
lzj_876 M币 +8 優秀文章 07-04
xuyaz 专家 +1 研究得透彻 07-04
离线2545889167

发帖
11184
M币
31905
专家
139
粉丝
4374
只看该作者 1楼 发表于: 06-30
实物小板

正面


背面 不留元件方便散热


讲道理1美刀一片的芯片,全新的我等屌丝怎么买得起
其实这芯片的来源,是生产线上淘汰的次品移动电源板子(手上有4-5片的样子),板子的问题大部分都是USB座子焊歪了或者什么的,但是并不影响我们玩它(已经没有了,不要想了),直接称斤卖得来的哈~
这片板子正面:棕色为低内阻电池保护mos,参数比常见的8025要好好多(毕竟为了过大电流)
黄色:S8261锂电池保护芯片,因为板子原配是4.35V的电池,所以不能用DW01了
蓝框:普通5V2A输出口的充电设备芯片,方便安卓/苹果的握手
红框:主角TPS61088


背面:棕色还是电池保护mos
橘黄:10m欧电流输出取样电阻
黄:输出关断MOS。整个设计的败笔,导通内阻高的可怕
蓝:QC2.0快充识别芯片F75299


开刀宰杀,背面堆锡直接拆下来芯片
这个封装也是蛮奇葩的,还好ti官方提供了封装库


焊接到小板上面
因为没有风枪,焊接方法只能是在焊盘上先上锡,然后吧芯片固定上3-4个脚,接着吧烙铁温度开到最高,在背面堆锡加热
芯片会自动归位,这方法虽然比风枪麻烦,但是没风枪的时候还是屡试不爽的~


容阻感等器件焊上,不多赘述。为了方便测试,快充识别电路先空着不焊


上电就有5V输出了,一次成功,哈哈哈。
输入串10A保险丝 开始测试
(以下效率测试仅供参考,比较仪器设备不够精密,测试方法也不够严谨)
左上角ut33d负责电池电压
左下方钳表负责测试输入电流
中间的负载上显示的是输出电压(但是不要看电流,因为电流刚弄好还没校准)
右边ut61E测量的是10m欧的输出电流取样电阻上的压降


使用ti官方提供的WEBENCH仿真工具给出5V的参数,左效率,右芯片温升


输入:4.17V1.25A
输出:5.08V 1.007A
效率98%


输入:4.10V2.69A
输出:5.059V 2.027A
效率93%


输入:4.01V4.28A
输出:5.045V 3.016A
效率88.6%


输入:3.94V5.07A
输出:5.025V 3.554A
效率89.4%


调到9V


9V的仿真数据,似乎有点奇怪?


go on
本帖最近打赏记录:共10条打赏M币+118专家+1
q562379863 专家 +1 優秀文章 07-04
nnbuchicao M币 +15 支持折腾~ 07-04
suhaiyuan M币 +13 謝謝分享 07-01
tian_000 M币 +15 喜欢楼主的帖子,内容详实,资料丰富,长知识,长见识,感谢分享^_^ 06-30
jf201006 M币 +13 優秀文章 06-30
mousebat04 M币 +15 输入除了pwm,还有别的调节方式么?做个简单的电位器调节pwm的小板子配合它貌似也不错。 06-30
wska M币 +13 - 06-30
wjhwpp M币 +9 謝謝分享 06-30
yhky M币 +20 可以做个QC/可调输出的升压板 06-30
hongo M币 +5 優秀文章 06-30
离线2545889167

发帖
11184
M币
31905
专家
139
粉丝
4374
只看该作者 2楼 发表于: 06-30
输入:4.13V2.38A
输出:9.233V 1.06A
效率98%


输入:4.05V3.57A
输出:9.233V 1.53A
效率97.7%


输入:3.96V4.95A
输出:9.216V 2.013A
效率94.6%


输入:3.82V7.05A
输出:9.218V 2.529A
效率86.5%


输入:3.67V9.34A
输出:8.894V 2.989A
效率78%
这情况下坚持不了2分钟就过温保护了


既然过温保护,就来看看温度
加个ut189C+测温度,配套的K热电偶用导热硅脂埋在pcb背面芯片热焊盘正下方
起始温度


半分钟温升


40S。没继续往上了,按这个趋势,板子裸奔 肯定是轻轻松松过温保护的


测了一下9V2A下的温度
最终稳定在115摄氏度,哇哦


12V


输入:3.95V3.33A
输出:11.849V 1.055A
效率95%


输入:3.82V5.18A
输出:11.86V 1.510A
效率91%


输入:3.65V7.90A
输出:11.837V 2.01A
效率82.5%



效率测试总结:
1、小电流的时候和仿真蛮相近的,效率都高的惊人
2、电流一大就不行了。分析原因我觉得问题大头可能是电感。因为拼板的空间限制,只能选了7*7*4的封装小电感,那个电感DCR不低,而且在过5A以上的表现并不太好。过两天换个好点的大电流电感咱们再测一波看看
3、极限飙到9.34A可见标称的10A不虚。但是必须做好强散热,裸奔肯定没法用,几分钟必保护。
4、欢迎大家补充


继续:焊完整整个板子,吧qc3.0快充识别芯片FP6601Q和配套电路焊上


接小U表进行测试
关于u表看这里:基于efm32的彩屏蓝牙USB电压电流表,支持QC2.0/QC3.0/MTK快充诱骗:
http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1825596



go on
本帖最近打赏记录:共4条打赏M币+36
jf201006 M币 +13 優秀文章 06-30
muziyc M币 +9 謝謝分享 06-30
hddlfz M币 +5 謝謝分享 06-30
福源人 M币 +9 謝謝分享 06-30
离线2545889167

发帖
11184
M币
31905
专家
139
粉丝
4374
只看该作者 3楼 发表于: 06-30
QC2.0诱骗输出
9V


12V


QC3.0诱骗输出,随便拍了几个电压




关于QC2.0QC3.0的协议
1、手机在d+上加0.6v电压,这时充电器内部d+和d-是联通的,d-也是0.6v。
2、在1.35秒后,充电器断开d+和d-的联通,d-电压降到0,这时表示充电器支持协议。
3、接下来就是手机请求电压,并保持:
在d+加0.6v,d-加0v时,输出5v;
在d+加3.3v,d-加0.6v时,输出9v;
在d+加0.6v,d-加0.6v时,输出12v;
在d+加3.3v,d-加3.3v时,输出20v;
在d+加0.6v,d-加3.3v时,充电器进入continuous mode 也就是我们称的qc3.0模式。
而classA最高支持12v,classB则最高支持20v
在qc3.0方面上,因为qc3.0是一个连续的模式,按设计是在3.6-12v\20v连续可调的,调节的梯度是200mv,那么在d+加0.6v,d-加3.3v的时候,输出电压保持不变,此时,D+瞬间上升到3.3v再降回0.6v(产生一个高脉冲)则输出电压升200mv,而如果D-瞬间降到0.6v再升回3.3v,(产生一个低脉冲)则输出电压降200mv,连续的给充电器一个高脉冲或者低脉冲,就能实现电压的连续升高或降低。


过于调节电压如何配合电源芯片。也就是调压的物理实现方法:
截图参考另外一款qc3.0协议识别芯片SC0163D的手册,可见,芯片内部是建立了两个可调的电流源
Ido负责降电压,Iup负责升电压。
协议芯片要求反馈上臂电阻R1必须为100K欧,那么调整电流源,就可以调整电压


比如说我们今天用的tps61088
它的反馈电压是1.204V
用multisim仿真下分压的情况
默认5V下上臂电阻R1为100K欧,下臂为31.6K欧,这时反馈脚电压为1.201V


如果加一个2uA的电流源,其他不变
可见这时反馈脚电压下降为1.153V,低于反馈电压你们dc芯片就得提高占空比来增加电压


电压升到5.2V的时候,反馈脚电压又回到了原先的1.201V
系统再次达到新的稳态


9V的时候,就加40ua


12v的时候,加70ua


4v的时候,电流源换做流入10ua


以上就是快充调压原理详解
本帖最近打赏记录:共4条打赏M币+46
bingjing0314 M币 +15 優秀文章 07-05
zty615 M币 +13 的确是个好东西 ,我用过61030都没这么高 07-04
jf201006 M币 +13 優秀文章 06-30
hongo M币 +5 以資鼓勵 06-30
离线2545889167

发帖
11184
M币
31905
专家
139
粉丝
4374
只看该作者 4楼 发表于: 06-30
tps61088终于完了,好长好长,写的好累,容我喘口气

接下来玩的是升压芯片sx1308
这货参数原不如楼上那货,才2A而且还不是同步整流的。
但是他便宜而且很好买啊。3毛钱一颗的价格,而且基本好多电子店都有卖。
和34063一比确实在体积,外围复杂度,效率上都胜一筹,所以这货我买了好多来玩~
做9V电池是一大要务,毕竟手上好几块万用表嗷嗷待哺呢,哈哈哈


板子原理图
设计了一个运放本来打算用于做恒压/恒流兼容,结果恒流本身倒是没问题,但是因为芯片没有输出过压保护,不接负载,反馈失控必烧芯片内部mos管,玩坏了3-4片芯片,遂弃疗


板子大小7.1mm*23mm

实物正面(左)(右边的板子见楼下)


反面sot23-5的位置是运放


按下面的电路图升压,升到9V尝试给万用表供电(反馈电阻R1大概要改成140K)


静态功耗不低
在150-170ua之间跳动


注意看模拟条的跳动


于是决定折腾下低静态电流
受这张34063自动关断神图的启发


尝试了这个电路(这样原版改动最少,方便操作)
注意反馈电阻值的换成了兆欧级别了,能大大减小消耗(没吧fb也接入8550下面的原因是尝试了那样弄以后会关断失败,原因得再找找,也欢迎大家探讨和测试)


自关断的原理的是这样的,负载接三极管的基极,如果有负载的时候,就会产生Ibe电流,根据三极管的控制原理,只要有Ibe电流,就会有β倍的Ice电流
因为en脚基本没电流流过,所以很小的Ibe电流就能使管子导通而拉高en脚实现有负载字启动。实测10M欧负载都可以使系统启动
当负载断开后,没有电流,则en脚电压会下降,系统关断升压。
为啥能从基级流出电流呢?8550是PNP型三极管,基级和发射级之间就是一个PN结。一个PN结就是个二极管,所以电流能从基级流出来,不过会产生0.7V的二极管压降,而且电流也不能太大,不然会烧三极管。

理论分析玩,实际改造如下:
切断EN脚,并飞个漆包线


背面加个8550和一个1m欧的上拉电阻(保障关断)


静态功耗测试
1.45ua


测此时的电压(测量点在三极管的发射极而不是基极)
可见是电池电压4.13V,没有升压工作
而且有个值得注意的地方,电流升到了1.85ua。这是因为万用表(ut33d)电压档内阻是10M欧,那么4v电压流过的电流就是0.4uA正好符合增加的电流

测此时的电压(测量点在三极管的基极
10M负载(万用表电压档内阻)使升压工作,可见这个机制相当灵敏
电压8.25V
静态电流在90-110ua之间波动



接一个15k欧的“负载”


基极对地电压8.27V


发射极对地电压8.90V


基极和发射极之间压降,正好是一个硅二极管压降




总结:
1、做低功耗不易,测量过程中万用表内阻对会对电流有很大的影响
2、1.5ua的电流不小,还有的改进空间在fb反馈电阻上面作文章。
要不吧反馈电阻提高到10M欧级别(太高也不行,会受fb内部比较器偏置电流的影响,比如说sx1308内部比较器偏置电路为负的10-50nA,这个数可不小)
要不就连fb电阻 芯片供电一起关断,不过得实验行不行。之前连fb'一起关断会出现失控的问题,还得再查下原因,欢迎探讨
本帖最近打赏记录:共2条打赏M币+24
jf201006 M币 +9 優秀文章 06-30
mousebat04 M币 +15 1.4uA静态好评 06-30
离线2545889167

发帖
11184
M币
31905
专家
139
粉丝
4374
只看该作者 5楼 发表于: 06-30
第三款芯片pt4103

这货就是LED恒流专用的驱动芯片了,fb电压104mV专门设计用于电流取样,而且有过压保护,不担心烧芯片


这货有好多款国内各个没听说过名字的厂家出的引脚兼容的类似物,比如
KB4317 pt4103 pt4101等等等


原理图很简单
外围基本没啥东西。引出en可以用于pwm调光


板子很小1cm*2cm


同样是蛮漂亮的3D模型


实物空板图片见楼上

焊接过程
先焊芯片,芯片丝印是4103


容阻感一波焊完,非常简单
电感典型值22uf,但是我没有小体积的22uf,找了个功率的大个头,有点杀鸡用牛刀了


背面只有一个电流区域电阻


成功点灯没有问题


开始多串测试
测试环境如下:


2串


三串


4串


5串


6串


7串


最高支持到8串
此时电压已经达到25.5V


从2串到8串,电流基本都稳定在22ma左右,满意

还有两个要提醒的点
这货的开路/过压保护的机制是,只要一次过压,就彻底关断芯片,必须要重新上电才能再次工作
有些其他款芯片又是有个恒压的最高值,空载就会维持那个电压,直到接入负载。这个得具体看手册


pwm控制的速度不能无限快。
需要控制在1khz一下
不然芯片根本反应不过来(需要软启动时间)







最后
本贴三个小板的合影

本帖最近打赏记录:共2条打赏M币+24
jf201006 M币 +9 優秀文章 06-30
mousebat04 M币 +15 一次过压就彻底关断芯片,这保护机制挺好,更安全。不然输出空载一直是最高压。这板子是做手电筒的神器呀。 06-30
离线2545889167

发帖
11184
M币
31905
专家
139
粉丝
4374
只看该作者 6楼 发表于: 06-30
最后一楼

1、三款dcdc的PCB和原理图文件,AD14可打开
DCDC PCB.7z (2256 K) 下载次数:21


2、下集预告



本帖最近打赏记录:共19条打赏M币+215专家+3
lbdj88 M币 +3 不错啊,谢谢分享!!! 07-07
bingjing0314 M币 +30 - 07-05
smallks M币 +30 受教了 07-04
zzs09 M币 +8 優秀文章 07-04
8139 M币 +20 優秀文章 07-03
潜隆 M币 +9 謝謝分享 06-30
williamgarci M币 +13 謝謝分享 06-30
@395299290 M币 +1 優秀文章原創內容 06-30
jf201006 专家 +1 優秀文章 06-30
zhkrid M币 +9 你这是又晒技术又晒表啊,TI的芯片效率的确高 06-30
12
离线斯达康

发帖
4596
M币
10197
专家
8
粉丝
70
只看该作者 7楼 发表于: 06-30
占完楼睡觉去了?

楼主留言:

没睡编辑完了,哥们睡了吧?

本帖最近打赏记录:共1条打赏M币+3
2545889167 M币 +3 - 06-30
在线64671556

发帖
1133
M币
2920
专家
0
粉丝
28
只看该作者 8楼 发表于: 06-30
直播!这是不然我睡觉的节奏。

内容来自Android手机客户端

本帖最近打赏记录:共1条打赏M币+3
2545889167 M币 +3 - 06-30
离线kevin-austin

发帖
740
M币
195
专家
1
粉丝
17
只看该作者 9楼 发表于: 06-30
Re:编辑中  分享最近折腾几片DCDC芯片的经验 TPS61088 SX1308 TP1403
马克一下,这么牛B,我记得曾经一个芯片可以大电流充电来着,但是发热比较大,但是你这个芯片充电时发热大不大?
本帖最近打赏记录:共1条打赏M币+5
2545889167 M币 +5 - 06-30
快速回复
限80 字节
如果您提交过一次失败了,可以用”恢复数据”来恢复帖子内容
 
上一个 下一个