供电中心V4：5V8A降压多口USB充电子板- LM3150

原同学 · 发表于 2021-12-6 22:19:06

本帖最后由原同学于 2021-12-6 23:41 编辑

之前预告了这期的作品。供电中心是基于小区经常无故停电的情况提出的计划，目前由于PD协议的普及，现有V3版本已经不能满足设备充电需要，因此重新设计子板，更换系统总电源，并更改总线电压为24V。
可以说供电中心V4计划，相比前三版的修修补补来说，是完全的新建。
供电中心V4的子板共计划如下设计5种：
1 LM5176（PD100W）
2 LM3150（5V8A40W）*2
3 IP6505T（24W）*3
4 SW3526（PD65W）+LM25116（20V3.25A65W）
5 PL5501*2（PD65W）

本期制作的是2号子板。

首先上3D仿真图：

设计参数：
输入电压：9-28V
输入电流：12V时最大5A，24V时最大2.5A
输出电压：5.2V（因芯片没有线补功能，只得预补偿）
输出电流：8A连续，10A极限
接口协议：DCP/Apple2.4A
理论效率：93%（13.8V输入，5.2V8A输出时）
架构：BUCK，COT控制

然后采购的元件这几天到齐，jlc的PCB也回来了。
（在此感谢jlc提供的免费PCB打样服务）
空板：

板子外形为100*65mm，左侧为输入，右侧和前面（即PCB下端）为输出。
点好锡膏：

贴装元件（这里发现5.1k电阻漏买了，因此DPDM变成了上拉，暂时无法实现Apple2.4A协议，待购买的电阻到货再补上。

然后因为只有单面贴片元件，直接铁板烧伺候，265度:

然后稍微调整下元件对齐，拿下来冷却一会用烙铁修理连锡：

然后焊上DC-007B接24V电源测输出是否正常：

然后焊接USB接口：

如法炮制，再做一个一样的板子，用铜柱堆叠：

完工。

本子板的工程文件已经在OSHWHUB开源：https://oshwhub.com/autoxsk/powercenter-v4-lm3150原理图：
不想用M币下载的可以从立创EDA打开导出。

下期预告：

原同学 · 发表于 2021-12-8 21:25:19

经过测试，在24.5V输入状态下，空载电流高达72mA！
耗散功率共计1.764W！
而且芯片十分热，怀疑是内部LDO的功耗过大：

但查询数据手册后发现芯片正常工作电流仅5mA，由此认为可能是MOS驱动电流过大引起的？

下一步考虑将MOS上接的0R电阻改为10R测试。

原同学 · 发表于 2021-12-8 23:51:52

最终改动：
1 将Ron（原理图中R10）改为100k（降低工作频率）
2 将Rilim（原理图中R9）改为600R（即两只1k2并联），将限流改为12A（之前计算错误）
3 将两只MOS全部换为5C670（因tb购买的CSD18504和CSD18540均为假货）

改动后，静态电流下降到55mA，纹波下降至40mV，5V2A输出时实测转换效率由76%升到83.5%。

brianlee · 发表于 2021-12-6 22:35:33

可以啊。用铁硅铝磁环电感不是更好吗

原同学 · 发表于 2021-12-6 22:38:59

brianlee 发表于 2021-12-6 22:35
可以啊。用铁硅铝磁环电感不是更好吗

4个原因。
1 网上流传铁硅铝磁环电感不适用频率300k以上，磁损偏大。COT架构低压输入时开关频率高些，可能会降低效率。
2 由于堆叠使用，不希望底层有突出，即使不得不有也希望尽量小。磁环电感的脚通常有些长。
3 常去的电子店售卖的大电流2.2uH电感仅有这种1265的一体成型。
4 屏蔽电感相对来说EMC效果好一点。

zhang_yy007 · 发表于 2021-12-6 22:54:47

你这电路图上了个寂寞？

我不是小连 · 发表于 2021-12-6 22:55:35

本帖最后由我不是小连于 2021-12-6 22:58 编辑

哈哈，我六七年前开始采用24V供电系统了，也已经做了好多版本的了。https://www.mydigit.cn/thread-284023-1-1.html
（建议输出改到5.4-5.5V，并且每个u口加3A保险丝）

原同学 · 发表于 2021-12-6 23:12:58

本帖最后由原同学于 2021-12-6 23:19 编辑

zhang_yy007 发表于 2021-12-6 22:54
你这电路图上了个寂寞？

抱歉，lceda导出出了点bug，建议从lceda里打开工程看，或者稍后我传一份pdf

原同学 · 发表于 2021-12-6 23:13:54

本帖最后由原同学于 2021-12-6 23:21 编辑

我不是小连发表于 2021-12-6 22:55
哈哈，我六七年前开始采用24V供电系统了，也已经做了好多版本的了。https://www.mydigit.cn/thread-284023- ...

5.4V的话有可能部分设备配好线的时候触发OVP，降低兼容性。
不过加保险丝确实是个好主意，毕竟依赖芯片自身的ILIM无法预防单口过流。

看了下你的帖子，感觉主要还是我希望尽可能把工作台上所有设备全部改直流总线，所以我可能需要更多种类的子板来满足需求：
比如便携15寸lcd：12V2A
小爱音箱（一般停电不开，但是有可能用到）：15V3A
热敏标签机：12V1.5A
日光台灯：24V总线直接逆变220V100W，留一点余量
T12（一般停电不开，但是有可能用到）：24V3A
手台：10V1A
笔记本电脑：20V3.25A
通风扇：12V1A
等等。。。

弱电间后期也需要配个30W左右的小功率UPS，正好可以把V3用的12V蓄电池利用上。
毕竟改了FTTH，或许停电就能上网了？

我不是小连 · 发表于 2021-12-6 23:26:14

本帖最后由我不是小连于 2021-12-6 23:29 编辑

我的主工作台就是24V-UPS的，带了主机（5950x）、仨屏（21.5*2+27-4k），以及各路输出（可以切为ups或非ups，因为有两套24V）

另外全屋的照明、智能设备、网络设备是另一套24V，其中网络设备单独有12V-ups。
我的是用5.4V的，基本上没什么设备报过压，而且手机都走65_5（6505 6505t 6515 6525）快充了。

原同学 · 发表于 2021-12-6 23:32:10

本帖最后由原同学于 2021-12-6 23:33 编辑

我不是小连发表于 2021-12-6 23:26
我的主工作台就是24V-UPS的，带了主机（5950x）、仨屏（21.5*2+27-4k），以及各路输出（可以切为ups或非ups ...

那还是不错的，比我的直流化改造程度高很多了。
我现在暂时没那么多资金改造更大功率。
顺便问下，你的24V市电供电的噪音如何解决？我买了台SP-480-24，但是运行噪音大概68db左右，晚上睡觉基本上。。。。emmm（工作室和卧室是一间，目前高中和父母一起住）以及你是采取蓄电池挂在直流总线上的架构还是采取市电掉电时切换蓄电池供电的架构？