28/02/17

Módulo carregador USB "uCharge" (Rev. A)

Sendo uma revisão maior, esta nova versão do módulo uCharge traz modificações muito importantes face às iterações anteriores do projecto (veja os posts de 27 de Novembro e 19 de Dezembro do ano passado). A destacar, e em contraste com as versões anteriores, esta nova versão permite o carregamento rápido de uma variedade de dispositivos móveis. Para tal suporta diversos protocolos, em conformidade com as especificações BC 1.2 e YD/T 1591-2009, e pode emular tanto um porto DCP (acrónimo de Dedicated Charging Port) como um porto CDP (de Charging Downstream Port). Em suma, a nova revisão do uCharge não é somente um carregador USB passivo, dado que negoceia com o dispositivo a jusante por forma a que o mesmo possa carregar rapidamente.

Parâmetros de funcionamento:
– V d. mín. = 6,06V
– V d. máx. = 16,73V
– I L máx. = 2,05A


Características eléctricas:
– I d. (V d. = 7V, I L = 0A) = 15,72mA
– I d. (V d. = 16V, I L = 0A) = 6,74mA
– P (V d. = 7V, I L = 0A) = 110,0mW
– P (V d. = 16V, I L = 0A) = 107,9mW


Módulo carregador USB "uCharge", revisão A.

Das alterações feitas ao circuito, destaca-se a introdução do integrado TPS2544 (IC2), o qual tem um papel fulcral. Este integrado negoceia com o dispositivo a jusante de modo a possibilitar que este carregue em modo "fast charge". Para esse fim, suporta diversos protocolos em concordância com as especificações referidas anteriormente, se bem que adicionalmente pode emular carregadores Apple de 5W e 10W. Ademais, a mudança entre os modos DCP e CDP faz-se automaticamente, mediante a detecção da tensão Vbus do anfitrião.

Por outro lado, em vez do TPS62143 usado nas revisões anteriores, o conversor DC-DC agora empregue em IC1 é o TPS62133. Este último é capaz de fornecer até 3A, sendo significativamente mais potente que o anterior. Tal necessidade surge para que o circuito possa fornecer até 2,05A ao dispositivo a carregar, e isto sem quaisquer problemas. É de sublinhar que o conversor DC-DC está sempre activo, nunca ficando desabilitado, mesmo quando a tensão proveniente do anfitrião não é detectada. Isto porque o TPS2544 tem de estar sempre alimentado para poder operar nos diversos modos.

Por fim, o PPTC em F1 passa a ser do tipo 2920L200/24. Esta substituição permite fornecer a corrente exigida ao DC-DC, em virtude da corrente entregue por este poder ser maior. De resto, o circuito não introduz alterações, sendo que todas as medidas de protecção implementadas na versão original se mantêm.

Lista de componentes:
C1 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C2 – Condensador de electrólito sólido RNS1E101MDN1;
C3 – Condensador cerâmico multi-camada 10µF 25V (1210);
C4 – Condensador cerâmico multi-camada 3,3nF 25V (0805);
C5 – Condensador cerâmico multi-camada 22µF 10V (1210);
C6 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (1210);
C7 – Condensador electrolítico de nióbio NOJD107M010 (NOJD107M010RWJ ou equiv.);
D1 – Díodo TVS SMBJ18A;
D2 – Díodo rectificador Schottky FSV540;
D3 – Díodo Zener BZX84-B16;
D4 – LED Kingbright APT2012EC (ou KPT-2012EC);
F1 – Fusível PPTC 2920L200/24;
IC1 – Conversor DC-DC TPS62133 (TPS62133RTG);
IC2 – Controlador CDP/DCP TPS2544 (TPS2544RTE);
J1 – Receptáculo de alimentação 5,5mm x 2,1mm;
J2 – Conector USB Molex 67068-8001;
J3 – Conector USB Molex 67643-2911;
L1 – Indutor de potência XFL4020-152MEB;
Q1 – Tirístor SCR MCR703AT4G;
R1 – Resistor de filme espesso 150Ω±5% 1/8W (0805);
R2 – Resistor de filme espesso 180Ω±5% 1/8W (0805);
R3/4 – Resistor de filme espesso 47KΩ±5% 1/8W (0805);
R5 – Resistor de filme espesso 22,6KΩ±1% 1/8W (0805).


Integrado TPS2544 em pormenor.

Como é usual, o layout da placa está disponível nos formatos .brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. Novamente recomendo a encomenda da placa por via do OSHPark, visto que o layout foi concebido tendo em conta as especificações deste serviço. Caso deseje utilizar outro serviço de fabrico, verifique se o dito suporta layouts de quatro camadas, furação a partir de 0,5mm e se o stackup e materiais são idênticos.

Quanto à montagem, novamente esta requer algum equipamento especializado. A soldadura dos componentes SMD deve ser feita por refusão com ar quente, soldando primeiro os componentes da face superior e só depois os da face inferior. Aquando a soldadura dos componentes na face inferior da placa, deverá aplicar o calor estritamente necessário no espaço de tempo mais curto possível, com vista a impedir a difusão excessiva de calor para a outra face. Os restantes componentes, sendo through-hole, podem ser soldados com um ferro de soldar.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): http://www.box.com/s/l8v3...kfxy
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): http://www.box.com/s/kivj...dnef
Layout da placa (pdf): http://www.box.com/s/7npk...9ns8
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): http://www.box.com/s/swoo...snwc
Ficheiros Gerber: http://www.box.com/s/ljf8...33fz
Notas do projecto: http://www.box.com/s/bpy3...a3d7
Pasta contendo todos os ficheiros: http://www.box.com/s/v5va...lyos
Projecto no OSH Park: http://www.oshpark.com/shared_projects/5lKpNJhR

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