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微软Surface供电的摸索 & Surface 移动电源的制作 [复制链接]

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离线氢氟酸
 

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— 本帖被 青柠 设置为精华,作者+3000M币+5专家(2018-11-08) —
大概是2014年,那时我还在高二,市场上开始出现不同于传统笔记本的windows操作系统的平板电脑,众所周知,微软的surface平板电脑算是windows平板电脑中的王者了,那时候surface刚刚出到surface pro 3,pro4还没有上市,看着京东的价格天天做梦啥时候可以拥有一台surface,四年过去了,如今已经大三,也拥有了一台New Surface Pro(5代),虽然是乞丐版(core m3),但是上课带着确实方便,续航看ppt8个小时没问题,关键是轻便,放在书包里扛着和传统笔记本还是有差距的,虽然价格偏高,性价比偏低,但是带来的使用体验我认为是值这个价格的。
最新测试结果!!!3串锂电池可直接供电,直到锂电池没电

胡扯结束。。


之前看到大神发的帖子:基于efm32的彩屏蓝牙USB电压电流表
对QC快充有了一定的了解,用单片机的DA折腾着玩过。


前一段时间在“隔壁论坛老王”家买了几片流水线的次品板,该板使用MP3428A+SC0163D QC3.0快充方案,
配合MP2636这颗移动电源芯片组成的双路移动电源板子。mp2636负责一路5V2.4A输出,MP3428A+SC0163D负责另一路QC3.0输出方案,才一元一片,不过现在已经木有了。
看datasheet很容易找到使能管脚,直接拉高就有5v输出。


经过测试,单锂电池可稳定输出12V1.5A,拆掉初级8205Amos管,断掉和mp2636的连接,双锂可稳定输出12V2A
于是萌发了为Surface制作移动电源的想法。


前几天又看到了坛友的帖子,自制QC2.0诱骗器,STC15W104单片机版
详细介绍了利用单片机来诱骗支持快充的移动电源或者充电头输出高压9V或者12V以及QC3.0支持的所有电压。
Surface的充电头比较特殊,是磁吸的,在万能的淘宝以及闲鱼一番寻找,找到了自称Surface BOOK的输出线,拿到实物感觉做工非常扎实。我的Surface 型号为A1796,电脑背部标注供电为12~15V,2.58~1.6A,因为从Surface Pro 3就使用同样的磁吸插头,而Surface Pro 3的供电为12V,可能是为了兼容性,干脆支持老版本的12V又支持现在的15V。


在网络上搜索一番没有发现太多关于Surface供电的介绍,甚至原装充电器的拆机都没有见到,所以那一根控制线怎么接也不知道。
不过在淘宝发现了PD转15V,也是DIY的产品。


算了,求人不如求自己,还是自己试吧。。。做第一个吃螃蟹的人。。
在卖家口中得知电源线的数据线不用接,悬空即可


这是买到的接头,看着做工也像是原装的,卖家说是Surface BOOK的,
看着确实比我的充电线粗壮不少。可以清晰的看到两根供电线和一根数据线,数据线悬空即可。


输入没有找到2mm间距的插针,于是这样搞,当个额外的滤波吧。


最短的连接线连接到数控电源上,线损最低。


测试电量78%,这是我开MDK5写了100分钟整的程序的耗电量。
100分钟耗了22%的电量,电量大概可以使用7个半小时。续航还是非常不错的。
电池容量45Wh,整机功耗大概7W不到!!!


数控电源把电压调到12V,限流0.1A,怕怕。。


送上电,现在还没接电脑,零功耗,说明插头里面应该没有识别芯片。
苹果的lighting线里面是有MFI识别芯片的。


小心翼翼吸上。显示可以充电!!!


此时电压被拉低到10.75V,并没有出现过载的打嗝现象,但是已经过载。


继续增大电流,限流1A依然不能喂饱电脑。


显示可以充电。


2A电流了,功率大概22W,还没有喂饱,当然电脑依然显示在充电。


给最大电流3.1A,电脑取电2.45A,功率30W左右。


电压调到15V,功率几乎没变,30W功率取电。


稍微降低电压,功率是不变的,电流会增大一些。


功率依然不变


试试最低电压,调到11V,已经低于标称电压,电脑几乎不从电源取电。


但是显示已接通电源。


电压提到11.5V,取电功率大概12W,没有满功率取电。


抬到11.7V,电流达到2.2A,功率26W,接近满功率取电。


嗯,surface电源吃螃蟹第一人。。
不要走开
楼下继续。。
[ 此帖被氢氟酸在2018-11-09 15:59重新编辑 ]
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只看该作者 1楼 发表于: 11-06
接楼上,电压设置13V,取电电流2.45A
功率32W。


软件检测充电功率29W,大差不差。


结合以上数据,基本可以看出new surface pro 乞丐版的取电特性,
电池在非满电状态下 在标称电压内 给多少要多少,直到满功率(30W)。
如果电源带载能力不行,也不会将电源累打嗝。


咦,12V甚至11.7V都可以给电脑供电,那岂不是用现在的支持快充的移动电源就可以供电!!!
经过一小时的测试(数据丢了。。。),在线网页观看高清视频平均功耗12W,那移动电源完全可以带起来,
只需要一些小方法使移动电源输出12V电压即可。


结合楼上两个坛友的帖子,只要是3.3V的单片机都可以很方便的做出QC诱骗器,只需四颗分压电阻,具体原理坛友已经介绍非常详细,这里不再重复。
基于efm32的彩屏蓝牙USB电压电流表

自制QC2.0诱骗器,STC15W104单片机版



最终我全部选用模块搭建,目标做一根surface移动电源专用线。
实现功能为自动诱骗QC输出,监控电压电流情况。
电压只需分压后AD采样即可,电流可以经过检流电阻(毫欧级别)
后经过运算放大器或者电流监控进行放大即可,例如INA282或者INA199。
在经过积分即可得到容量信息。这也是USB表的原理。


选用模块STM32F030F4P6,INA219电流监控,IIC接口,可以直接读出寄存器
的数值,进行简单计算即可得到数据,0.96OLED显示信息。INA219算是bug价买的,一两块钱。


STM32F030F4P6核心板,四五块钱,48Mhz M0内核,其它的单片机例如STM8,新唐都可以。


用到的OLED显示屏和TI的电流监控,两个模块均是IIC协议通信,而且算是脚对脚,直接叠焊即可。检流电阻换成了0.005欧也就是5毫欧,尽可能减小电压损耗。


电阻两旁走线堆锡处理,保证走大电流的能力,虽然电流不会超过2A。


几乎完美的安装方式,哈哈哈


中间用3M胶固定一下


细节图


接下来对单片机进行处理,找4个电阻,2.2K,10K各两个。
直接焊接到IO口之间,具体分压原理不再叙述,坛友讲解的非常详细。


QC诱骗原理是按照协议在D+,D-上加不同的电压并且按照协议变换,需要飞线飞出两根数据线。
拿一个转接板作为对照。


找两根耳机线,相信这个难不倒数码之家的坛友。


引到对应位置。只要控制io的高低电平状态,就可以灵活控制D+,D-的电压。


晶振太高了,索性拆掉,反正内部RC时钟也足够用。


最终的样子,操作程序我都封装好了函数,直接调用即可,最后附件我会上传程序。


测试用双口版小米移动电源,跟老版本相比简直就是脑残,
多了一个usb,长了一大截,输出功率降低。
新入的新玩具,有30元优惠券,到手价83而且上位机支持IOS系统。


9v成功诱骗。


当然12V也是没问题的,U表识别模式为QC2.0


尝试QC3.0诱骗失败,因为移动电源不支持,但是U表显示模式为QC3.0


测试乐视充电头,QC3.0诱骗成功


再设置一个电压,也成功了。




楼下继续


[ 此帖被氢氟酸在2018-11-06 21:08重新编辑 ]
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只看该作者 2楼 发表于: 11-06
继续测试QC3.0诱骗。。


开始调试OLED屏幕,成功点亮,使用软件模拟IIC,据说硬件IIC有问题,不好用


INA219也可以了,读取的3.3的电压,单位mV


用705对单片机引脚进行保护,因为705是透明的,所以图片看不出来,诱骗输出的12V电
压对单片机来说几乎是致命的,之前用DAC诱骗12V碰到了DAC引脚,单片机卒。


反面布局,比较乱,信号都用的耳机线。走大电流的用的22AWG线,加一个100UF钽电容滤波,3,3的输出也加个滤波电容。


这是上课写的,过程未拍照。总之调试好了固定上就可以了,木有技术含量。


输出暂时用22awg线接一个电容,方便和平板电源线连接。


测试魅族UP0830S失败,无高压输出


小米移动电源肯定是可以的。


自制无脑堆料UP9616快充也可以诱骗成功。


这是文章开头提到的那个板子,跳过初级保护,锂电池直通。


诱骗输出成功。


图有点乱,这已经接上了没有电的Surface进行充电,电流已经过流,不建议这样,但是电脑在满电状态下是没问题的。


乐视充电头输出21W功率,在超载的边缘浮动。


双锂升压也可以。


单锂也是没问题的,但是电池放电电流已经达到5A甚至6A


再来一张照片。


做的启动界面,随便写的,哈哈


诱骗过程中的提示。。


诱骗成功,屏幕有相应的提示。。




楼下继续
[ 此帖被氢氟酸在2018-11-06 21:31重新编辑 ]
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只看该作者 3楼 发表于: 11-06
最后一楼,嘿嘿
这是对ENB移动电源测试,当然诱骗不出来高压,错误提示,再次诱骗


又没有成功,输出5V


接下来测试一下精度,用电子负载做参照,精度还是可以的,
空载电压误差0.02V,还可以


电流,我丢掉了最后一位,因为不丢弃功率现实不开,不过这样也足够用了哈哈


0.2A电流,问题不大


0.3A电流,


0.6A电流有一点误差了,不过无所谓,话说在这里用这片ina219有点大材小用了。


1A电流,0.01A误差


1.2A电流,0.02A误差


感觉这个精度放在这里足够了,这点误差基本上就是采样电阻的精度问题了


1.5A测试,话说OLED还是比LCD漂亮,哈哈


恒功率测试,设置10W,显示输出9.9W

下面这些数据是监测的7.4V锂电池升压后供surface的输入情况,time是采样次数,采样频率10Hz,POWER是平均功率,电脑状态是满电状态在线看视频,
可以看出平均功率在12W左右,所以移动电源完全可以供起Surface,当然i5版本或者i7版本的笔记本可能就不够用了,毕竟光cpu都得15W,这次测试的乞丐版M3处理器功耗只有4.5W。


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总结一下,surface的供电情况要求不苛刻,只要电压在范围内甚至略低于范围也是没问题的,12V的供电甚至直接使用3串锂电池供电也可以,这个极为方便。
QC诱骗理论上使用任何单片机都是可以的,只要按照协议在D+D-加不同的电压即可。
这次的QC诱骗表全部使用模块,体积还可以,程序开源,方便坛友仿造。

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[ 此帖被氢氟酸在2018-11-07 09:59重新编辑 ]
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火钳刘明,前排就坐,瓜子花生米八宝粥方面面来把脚让让。用电容引脚插输出线注意正负极,插反了就悲剧了。。
[ 此帖被c106czs在2018-11-08 19:24重新编辑 ]
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技术确实厉害,学习了
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太高深……看不懂啊
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c106czs:火钳刘明,前排就坐,瓜子花生米八宝粥方面面来把脚让让。 (2018-11-06 19:57) 回 c106czs 的帖子

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優秀文章。群里大佬出没,给大佬加油。
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抓到騙子一枚,從頭騙到尾:)