自己做板，把车上的Type-C充电口升级成45W PD，用料比原厂的豪华多了

alszy

上次把新三系上面的USB Type-C充电模块拆了下来，打算测量板子尺寸之后，自己重做一个板子。把原来的两个5V/3A Type-C口改造成双口PD快充。最近快充模块焊接并调试好了。

如果还没看过三系Type-C充电模块的拆解，可以看看我之前发的帖子：
宝马新三系后排Type-C充电模块拆解，准备升级成双口PD协议

左边做回来的板子，可以看到上面有奇怪的开槽，槽内壁镀铜。
这是为了切割开之后，可以让PCB边缘有铜，帮助导热的同时也能增强EMC效果。原厂PCB的侧面就是镀铜的。
右侧是切割之后的样子


切割之后的空板


可以看到板边缘有铜，并镀了锡。
如果让板厂帮忙做金属包边工艺，需要加很多钱。开金属化槽再自己切割的话，还符合PCB免费打样的工艺要求


板子焊接好之后的样子


反面


下面从输入到输出，来依次介绍做工和用料，下图是DC12V输入端子


由于本模块是在汽车上使用的，因此元器件都经过精挑细选，主要元器件采用车规级/工业级元件。
功率器件都特意选用了经过AEC-Q认证（车规级）的元器件


输入端的PTVS30VP1UTP,115瞬态抑制二极管(TVS)，击穿电压33.3V，用于避免后级元器件受到高压脉冲而损坏。


瞬态抑制二极管采用车规级产品，符合AEC-Q101标准


输入防反接MOSFET，采用SQJ463EP型号，是车规级产品


SQJ463EP的介绍


输入端第一级EMI滤波电感，采用线艺XEL6060-272，是车规级产品


XEL6060-272的介绍


输入端第二级EMI滤波电感，采用线艺XEL4030-102，是车规级产品


XEL4030-102的介绍


输入端滤波电容，采用松下的车规级电容EEHZK1V101XP，ESR小于35mΩ，性能非常好


车规级电容EEHZK1V101XP的介绍


详细参数如下


DC-DC芯片，可支持12V输入，3.3~21V/3A输出
由于本芯片是工程样品，还没有公开资料，因此图片里去掉了型号


第二路DC-DC芯片，用于第二个Type-C接口


DC-DC的功率电感采用了TDK的车规级产品SPM10065VT-4R7M，属于一体成型合金电感


SPM10065VT-4R7M的介绍


SPM10065VT-4R7M电感的侧面，引线采用点焊方式连接


VBUS输出端的5mΩ电流采样电阻，用于输出过流保护及PPS限流


上图中还有两个输出电容，采用松下的EEHZK1E151XP，也属于车规级产品，ESR小于30mΩ，性能非常好


Type-C输出端口


LED灯，用于充电接口的背光灯


LED是从PCB背面反贴的


Type-C输出端口的ESD保护元件


PD主控芯片


Type-C输出端口的ESD保护元件。
下方是LED恒流驱动芯片PSSI2021SAY


PSSI2021SAY的介绍


板号，制作日期23年第20周


名字


其它陶瓷电容器，采用工业级或车规级型号，下图是工业级的输入电容


村田的陶瓷电容，可用于汽车的信息娱乐设备


PCB侧面，金属包边


PCB侧面2


这张图可以看出PCB层数是4层（从切面看，中间还有两层铜箔）


PCB侧面对比，上方是自己画的板子，下方是宝马原车的板子


PCB侧面对比2


给PD协议芯片烧写固件，单口最大功率45W，双口总功率54W（共享）。
开始测试PD功率分配功能。
只插Type-C2口，输出功率45W，支持PD3.0协议


只插Type-C1口，输出功率45W，支持PD3.0协议


先插Type-C1口，并申请15W PD（上方的PD诱骗器）；接下来插Type-C2口，PD芯片自动将剩下的39W功率分配给Type-C2口（下方的PD诱骗器）


先插Type-C1口，并申请27W PD；接下来插Type-C2口，PD芯片自动将剩下的27W功率分配给Type-C2口


先插Type-C1口，并申请45W PD；接下来插Type-C2口，PD芯片将按照39W/15W分配给两个Type-C口


将输入电压调到11V，模拟汽车蓄电池欠压的情况


PD芯片进行了降功率，按照15W/15W分配给两个Type-C口


给笔记本电脑充电，电脑申请了45W，实际充电功率27W（因为电池快充满了）


给小米13 Ultra充电，实际充电功率23W


给三星A53充电，实际充电功率19W


给笔记本电脑和三星A53充电，PD芯片自动按照电脑39W，手机15W进行分配


三系原厂的充电模块还带有铝合金外壳，先测试不装外壳的温度。
使用裸板进行发热量测试，双口分别输出39W和15W时，DC-DC芯片温度为92℃


双口分别输出39W和15W时，背面的输入防反接MOSFET温度为88℃


装上原厂的铝合金外壳，双口分别输出39W和15W时的外壳温度最高为53℃。
由于金属的发射率较低，使用热成像测试时需要用记号笔涂黑待测的地方，图中的三个热点是记号笔涂过的，没涂的 地方测出来温度偏低。


铝合金外壳背面的最高温度为50℃。


装到车上进行测试，没启动发动机时，给手机充电的功率也能达到27W


启动发动机，在启动时充电模块不会断电


充电模块上的橙色背光灯亮了（外面还需要装个外壳，外壳上面有导光板，测试时忘带外壳了，所以灯光看着比较奇怪）


充电功率没有太大变化。由于手机的相机一直打开着，手机发热之后充电电流降低了


最后放两张DIY的板子和宝马原厂板子的对比。
左边DIY，右边宝马原厂（原厂的Type-C输出只有15W）


左边DIY，右边宝马原厂，你更喜欢哪个的做工和用料呢


附上Gerber文件、渲染图、BOM表供参考。
也可从链接里下载：https://pan.baidu.com/s/13zxiHuLbFyuk7-gv1ONEOw
提取码：dupd

alszy

adminismk 发表于 2023-6-24 03:02
你那防反接是不是有问题啊？？？？？mos管咋会那么热啊？？？按理说导通之后的内阻很小，也不会产生那么大 ...

刚算了下，满载损耗是0.15W，MOS温度确实高了，怀疑MOS没完全导通，要再测一下看看

alszy

wfzdm 发表于 2023-6-24 06:56
这么多原件，回流焊焊上去的吗？

因为只做了一个，是手工贴片，用PTC发热片来加热的

alszy

蚊子来了 发表于 2023-6-24 08:22
膜拜大佬，X5应该也兼容吧，可以分享一个成品哈，有红包

可以送两块空板和芯片，成品暂时只焊了一个，手工贴片还是挺花时间的

alszy

gy9319 发表于 2023-6-24 08:53
协议芯片烧写固件,用的什么工具啊

固件是C语言写的，用keil + J-link来烧写

alszy

comicfansh 发表于 2023-6-24 09:08
还做了钢网，贴片回流，是产品试制吧？
IC温度高可以糊点导热胶。
打板时，IC底下焊盘全部开了上锡，不用绿 ...

其实没做钢网，是手工把锡膏一个一个焊盘涂上去的，只焊了一块成品板。
导热胶估计要加上，温度能再降几度

alszy

panmouse 发表于 2023-6-24 09:38
很详尽，利用了单位的资源才做出这么精美的成品吧？

对的，用了一些单位的元器件和测试设备

alszy

sccz123 发表于 2023-6-25 08:29
拜摸大神，想起15 16的时候，论坛里面还有大神自己设计打版做车充的，我还买了两个，不过这几年好像没有了 ...

1. 是手工焊接的，用细铁丝（或者注射器针头）粘一点点锡膏放到焊盘上，然后摆元器件，用PTC发热板（铁板烧）加热，焊出来的效果就跟工厂焊的差不多了；
2. 我是芯片原厂的工程师，拿了两片工程测试产品来用的；
3. 目前不考虑了，做成商品的话还是要挺多精力的

alszy

248668342 发表于 2023-6-25 08:38
这不就是MPS的同步升压方案么，怎么型号还给抹掉了，不至于吧，早年的MPS方案，效率真是高，这个升压方案， ...

是同步升降压的，芯片里面有4个MOS，我们现在还没把这个芯片型号放到官网上，只在内部测试，所以型号打了码

alszy

comicfansh 发表于 2023-6-28 00:23
以前搞了5块0402的双面板，手工糊锡膏，镊子放元件，一群人搞了一个晚上才放完，我还得拿去回流，结果锡 ...

或许只是因为你们的锡膏过期了，我焊这个板子的时候，也有轻微连锡，新的锡膏就不会这样。
0402没标记确实容易拿错，要很小心，避免拿错阻值