Компактний зарядний пристрій / блок живлення QC 3.0

Останнім часом дедалі більшого поширення набувають автономні пристрої з підтримкою функції швидкого заряджання Quick Charge, тож я вирішив помацати те, за допомогою чого "годують" цих "улюбленців", тобто зарядний пристрій (блок живлення) з QC 3.0. Зарядний пристрій дуже компактний, але, втім, про все краще прочитати в огляді: як завжди, огляд, тести, розбирання та висновки.


Для початку — невеликий ліричний відступ. Формально всі ці "зарядні" пристрої є блоками живлення, адже вони не мають особливостей, властивих зарядним пристроям. Але оскільки переважна більшість користувачів називає їх саме зарядними пристроями, то, щоб було зрозуміліше, сьогодні я теж називатиму їх так — зарядними пристроями.

Крім того, нагадаю, що таке QC, або Quick Charge.
Зазвичай пристрої, які під’єднують до USB-порту, використовують напругу 5 В, що цілком логічно, адже це його стандартна напруга. Поступово ємність акумуляторів мобільних пристроїв зростає, і користувачі хочуть заряджати їх швидше, що також цілком логічно. Тому з часом почали з’являтися зарядні пристрої, розраховані на вихідний струм до 1, 2 і навіть 3 А, але зрештою все вперлося в закони фізики: зі зростанням струму дедалі більше падає напруга на кабелях до ваших пристроїв. Крім того, USB-роз’ємам теж доводиться непереливки, а якщо додати до цього повальну економію на дротах у цих кабелях, то взагалі можна гасити світло — причому в буквальному сенсі.

Виробники почухали потилиці й вирішили, що 5 В явно замало, тож запустили у виробництво зарядні пристрої з іншою напругою, наприклад 9, 12 або навіть 20 В. І це ще не кажучи про те, що домовитися між собою вони не змогли, тож деякі фірми винаходять власний "велосипед". Але суть залишається незмінною: підвищуємо напругу — струм падає, а отже, передавати електроенергію до вашого пристрою стає вигідніше. Або, як варіант, залишаємо струм незмінним, але зі зростанням напруги зростає і передавана потужність.
Одним із поширених протоколів швидкого заряджання є Quick Charge, а точніше — дві його поширені версії: QC 2.0 і 3.0.


Зарядний пристрій із підтримкою функції швидкого заряджання, по суті, є звичайним блоком живлення, до якого додали маленьку мікросхему. Вона керується сигналами вашого смартфона, планшета, павербанка тощо і, втручаючись у зворотний зв’язок блока живлення, дає йому команду видати потрібну напругу.
Наприклад, смартфон уміє заряджатися від 9 В. Спочатку він вмикається у стандартному режимі, а якщо все гаразд, то встановлює на лініях даних USB-роз’єму певну комбінацію напруг, і блок живлення видає потрібну (якщо, звісно, може).
Протокол QC 2.0 відрізняється від 3.0 однією дрібницею: 2.0 уміє встановлювати на виході напругу 5, 9, 12 або 20 В, а 3.0 робить те саме, але з кроком 0.2 В — 5, 5.2, 5.4, 5.6...... 19.6, 19.8, 20.0.
Насправді QC 3.0 підтримує напругу й нижче 5 В, але такі значення використовують помітно рідше.


Тож, по суті, різниця між 2.0 і 3.0 не така вже й суттєва, і в більшості випадків 2.0 цілком вистачає.

Загалом мені трапився невеликий зарядний пристрій із функцією QC. Прийшов він у маленькому пакетику, без жодних інструкцій, кольорових коробок та іншого.


Така собі невелика коробочка, я б навіть сказав — симпатична.


На короткому торці корпусу розташований єдиний USB-роз’єм червоного кольору, а на довгому — маркування, з якого випливає, що пристрій має такі характеристики:
Вхідна напруга — 100-240 В
Вихідна напруга:
5 В — 3 А (15 Вт)
9 В — 2 А (18 Вт)
12 В — 1.6 А (19.2 Вт)

Ви, мабуть, помітили, що зі зростанням напруги зростає і максимальна вихідна потужність. Це поширене явище: що нижча напруга й вищий струм, то складніше працювати блоку живлення. Тому що вища напруга, то зазвичай вищий ККД і більше можна отримати від блока живлення.


Розміром трохи більше за коробку сірників, переважно через товщину корпусу.


Не ходитиму навколо та навколо й перейду до тестів.
Для тестування використовувалися електронне навантаження та USB-тестер, за допомогою якого я задавав зарядному пристрою потрібну мені напругу.
Спочатку хотів показати всі стандарти, які він підтримує, але з’ясувалося, що під час автоматичного визначення зарядний пристрій має звичку перезавантажуватися. Звинувачувати його не буду, адже під час автоматичного визначення тестер намагається перевірити весь діапазон у режимі QC 3.0, починаючи приблизно з 3 В, а експеримент показав, що зарядний пристрій не може видати напругу нижче 4,2–4,2 В і зрештою переходить у захист.

У режимі холостого ходу за встановлених 5 і 9 В реальна напруга становить 5,24 і 9,26 В відповідно, що якраз відповідає стандарту. За це плюс.


Коли струм навантаження змінюється в діапазоні від 0 до 3 А, а вихідна напруга становить 5 В, просідання складає лише 60 мВ, що, на мій погляд, можна вважати чудовим результатом, не кажучи вже про те, що більша частина напевно припала на USB-роз’єми.


За напруги 9 В зміна напруги була ще меншою — 40 мВ у повному діапазоні 0–2 А.


Після встановлення 12 В напруга холостого ходу становила 12,3 В, а за максимального струму 1,6 А знизилася лише на 30 мВ.


Під час тестів з’ясував, що зарядний пристрій уміє працювати й за протоколом Samsung AFC: принаймні за допомогою тестера я можу вибрати цей режим, і він видає 9 В, але перевірити з телефоном поки не можу.


Якщо за стабільність вихідної напруги я можу поставити зарядному пристрою тверду п’ятірку, то з нагріванням усе виглядає дещо гірше, я б навіть сказав — сумніше.
Нижче — 9 термознімків, зроблених за максимального заявленого струму й згрупованих у такому порядку:
1, 2, 3 — 5 В, 10, 15 і 20 хвилин.
4, 5, 6 — 9 В, 10, 15 і 20 хвилин.
7, 8, 9 — 12 В, 10, 15 і 20 хвилин.

Моє завдання полягало в тому, щоб визначити тенденцію до нагрівання. Для цього цілком вистачило 20 хвилин для кожної напруги, адже габарити, а отже й маса пристрою, невеликі.
Видно, що за проміжок 10–15 хвилин температура помітно зростає, а за 15–20 хвилин — зовсім трохи, приблизно на 1–2 градуси. Це свідчить про те, що пристрій вийшов на стабільний тепловий режим.

Але температура корпусу 70 градусів — це явно забагато: руку вже обпікає, навіть попри пластиковий корпус.


Щоб розібратися, що до чого, довелося розкрити корпус. Зробити це можна досить акуратно, якщо спочатку провести чимось на кшталт тонкої сталевої лінійки між чорною та білою частинами корпусу. Спершу проводимо з боку вилки живлення й USB-роз’єму, а потім відтискаємо чорну частину догори — клей відійде, і кришка зніметься.


Корпус універсальний, видно два місця під USB-роз’єми.


Вхідна частина дуже спрощена, хоча це характерно для більшості компактних пристроїв: вхідний фільтр часто просто ніде розмістити. Але відсутність запобіжника засмучує — його замінює резистор. Вхідний конденсатор має ємність 15 мкФ, чого впритул вистачає для напруги 200–240 В, але зовсім мало для 100–200 В.


Трансформатор теж має досить скромні габарити, особливо з огляду на потужність близько 20 Вт. Я б сказав, що вона ближча до 12–15 Вт, не більше.
Конденсатор для придушення перешкод правильного типу Y, тут питань немає.


А ось це мене дещо здивувало. Річ у тім, що спочатку я очікував побачити всередині дві речі, особливо з огляду на заявлені параметри: синхронний випрямляч і твердотільні конденсатори. Щодо конденсаторів питання спірне — вони трапляються не так уже й часто. А от 3 А у такому корпусі нормально випрямити можна лише синхронним випрямлячем.
Ну, принаймні я думав, що буде щонайменше 2 діоди, а тут узагалі один — SR5100 (5 А, 100 В). Так, сумно.
Вихідних конденсаторів Chang — 2 × 470 мкФ × 16 В, для 3 А явно замало.


1. ШІМ-контролер DS3118. Даташит мені не трапився, але за непрямими даними цей контролер призначений для блоків живлення потужністю 16–30 Вт.
2. Ланцюг живлення ШІМ-контролера та резистори вимірювання струму. Складний ланцюг живлення зумовлений тим, що вихідна напруга змінюється в широких межах, а отже, пропорційно змінюється й напруга живлення ШІМ-контролера. Щоб він працював стабільно, її теж потрібно регулювати. Схема на фото якраз нагадує частину стабілізатора напруги.
3. Намотування трансформатора таке собі. Я б таке не пропустив, а намотувальнику дав би по руках. Первинна та вторинна обмотки, звісно, не торкаються одна одної, але запасу ізоляції між ними не видно, не кажучи вже про лак.
4. На виході встановлено мікросхему QC, регульований стабілітрон TL431 і оптопару PC817.


Хоча плату виготовлено непогано, чисто й акуратно, відстань між первинною та вторинною сторонами — 2.5мм (у районі оптопари) — замала, потрібно хоча б 5-7мм.


Після огляду вирішив провести додаткові тести.
Для початку — тест під навантаженням, але вже без урахування падіння напруги на роз’ємах.
Напруга 5 Вольт, струм від 0.2 до 3.2 Ампера. До струму 2.3 Ампера напруга не змінювалася й становила 5.24 Вольта, потім почала потроху знижуватися і за струму 3.2 Ампера становила 5.21 Вольта — чудовий результат.


9 Вольт, струм 0.2-2.2 Ампера: тут напруга просіла лише на 10мВ, і то тільки за максимального струму 2 Ампера.


За напруги 12 Вольт спочатку я перевіряв у діапазоні 0.2-1.8 Ампера, але потім вирішив провести другий тест — уже до 2 Ампера.
У підсумку вихідна напруга стабільно тримається навіть за перевантаження. Непогано, якби не одне «але»...
Річ у тім, що, судячи з наведених раніше термознімків, БЖ явно сильно нагрівається. Коли я довів струм навантаження до 2 Ампера за напруги 12 Вольт, а вихідна потужність сягнула майже 25 Ватт, то чекав спрацювання захисту від перевантаження, але він так і не спрацював. Це загрожує тим, що БЖ може просто перегрітися й вийти з ладу.


До речі, про перегрівання. Часто бачу відгуки, де під час тестів вимірюють температуру корпусу — власне, як я робив вище. Але насправді температура корпусу й компонентів може відрізнятися дуже суттєво, тому для наочності я провів і такий тест.
Перевірка відбувалася за вихідних параметрів 5 Вольт 3 Ампера і 12 Вольт 1.6 Ампера, тривалість тесту така сама — 20 хвилин, корпус був закритий. Через 20 хвилин я вимикав навантаження та живлення зарядного пристрою, відкривав корпус і робив термознімок. Звісно, потрібен певний час, щоб відкрити корпус і вийняти плату, але, думаю, різниця невелика — кілька градусів.

У підсумку температура всередині становила близько 110-115 градусів (ліворуч 12 Вольт, праворуч 5 Вольт). Найбільше нагрівалися вихідний діод і трансформатор, їхня температура була приблизно однаковою.


І останній тест — оцінювання пульсацій вихідної напруги. Під час цього тесту осцилограф був під’єднаний до вихідного конденсатора БЖ, а навантаження підключалося до другого конденсатора.


1, 2. — 5 Вольт, 1.5 і 3 Ампера
3, 4. — 9 Вольт, 1 і 2 Ампера
5, 6. — 12 Вольт, 0.8 і 1.6 Ампера.

Розмах пульсацій практично не залежить від вихідної напруги й становить близько 140 мВ за 50% навантаження та 200 мВ за 100%. Для вихідної напруги 9 і 12 Вольт це загалом нормально, особливо за навантаження 50-75%, але для 5 Вольт забагато. Ні, навантаження працюватиме нормально, просто хотілося б менше.
До речі, заодно перевірив, як БЖ впливає на роботу сенсорного екрана смартфона: усе чудово, хоча за це відповідає інший параметр блока живлення.


Повертаючись до нагрівання, можу сказати, що без спеціальних заходів, наприклад синхронного випрямлення, будь-який подібний зарядний пристрій у такому компактному корпусі нагріватиметься приблизно однаково. Для порівняння я поклав поруч якісний блок живлення на 12 Вольт 1 Ампер, який помітно більший. Так, усередині в нього є вхідний фільтр, що займає місце на платі, але й потужність становить лише 12 Ватт.
Mean Well випускає блок живлення потужністю 25 Ватт у такому форматі, як показаний ліворуч БЖ, але в ньому застосовано невелику хитрість: верхня частина корпусу зроблена з металопластику, на який відводиться тепло від високовольтного транзистора та вихідного діода.


Тепер висновки.
Блок живлення має чудову стабілізацію вихідної напруги, підтримує роботу за протоколами QC 2.0 і 3.0 у діапазоні 5-12 Вольт, забезпечує заявлений вихідний струм, але водночас перегрівається, а за вихідної напруги 5 Вольт має дещо завеликі пульсації.
На мою думку, цей БЖ краще використовувати за таких параметрів навантаження: 5 Вольт 2 Ампера, 9 Вольт 1.5 Ампера і 12 Вольт 1 Ампер — так буде ближче до істини.

Недолік у тому, що пристрої QC зазвичай не запитують, яку потужність може видати БЖ. Наприклад, повербанк Besiter BST-K6X, з яким я також перевіряв цей зарядний пристрій, «просив» 9 Вольт зі струмом близько 1.8 Ампера, і БЖ помітно нагрівався. До недоліків також віднесу те, що захист від перевантаження налаштований явно на надто високу потужність — значно вище за межу надійності цього блока живлення. Це дуже неправильне рішення.

Напевно, у коментарях згадають зарядний пристрій Gocomma QC 3.0. Так ось, модель, яку я оглядаю, має не лише ті самі параметри, а й точно таку саму начинку. Відрізняється лише тим, що високовольтну частину друкованої плати розведено трохи інакше; навіть компоненти використано ті самі.

На сьогодні в мене все, сподіваюся, огляд був корисним.