16/06/17

Módulo carregador USB "vCharge"

O vCharge é um módulo USB que permite carregar dois dispositivos em simultâneo. Cada um dos seus portos DCP (acrónimo de Dedicated Charging Port) pode entregar até 2,03A, não havendo compromissos mesmo quando os dois portos estão a funcionar em pleno. À semelhança da última revisão do módulo uCharge (post de 28 de Fevereiro), o presente módulo possibilita o carregamento rápido de diversos dispositivos móveis, estando em conformidade com as especificações BC 1.2 e YD/T 1591-2009. Com estas características a seu favor, o vCharge é um módulo bastante capaz, competindo até com algumas soluções comerciais.

Parâmetros de funcionamento:
– V d. mín. = 8,3V
– V d. máx. = 16,6V
– I L máx. = 2,03A


Características eléctricas:
– I d. (V d. = 9V, I L = 0A) = 30,16mA
– I d. (V d. = 16V, I L = 0A) = 16,76mA
– P (V d. = 9V, I L = 0A) = 271,4mW
– P (V d. = 16V, I L = 0A) = 268,2mW


Módulo carregador USB "vCharge".

Módulo vCharge a carregar uma bateria portátil.

O elemento central do circuito é o TPS56528 (IC1), um conversor DC-DC da Texas Instruments que é capaz de fornecer 5A de corrente. É este conversor que alimenta os integrados TPS2544 presentes em cada porto e os dispositivos a jusante. Por sua vez, os referidos integrados (IC2 e IC3) estão configurados para operar exclusivamente no modo DCP, negociando com os respectivos dispositivos a jusante de modo a habilitar a carga rápida, mas também limitando a corrente quando necessário. Convêm salientar que os portos funcionam de forma independente, pois cada um tem o seu integrado TPS2544, pelo que uma condição de sobre-corrente num dos portos não irá afectar o outro.

Como em outros projectos, foram implementadas medidas de protecção contra sobre-tensões, polaridade inversa, corrente excessiva e picos de tensão. A protecção contra sobre-tensões é exercida pelo tirístor em Q1, em conjunção com D3, C1 e R1. De modo a complementar esta protecção, o díodo TVS em D1 absorve surtos muito breves, os quais não causariam o disparo de Q1. Por sua vez, a protecção contra inversões de polaridade é feita pelo díodo Schottky em D2, uma vez que este permite a passagem de corrente num só sentido. Por último, o fusível F1 actua em caso de corrente excessiva e também como complemento das protecções anteriores, salvaguardando a fonte de alimentação a montante do circuito.

Lista de componentes:
C1 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C2/3 – Condensador de electrólito sólido RNS1E101MDN1;
C4/5 – Condensador cerâmico multi-camada 10µF 25V (1210);
C6 – Condensador cerâmico multi-camada 470nF 10V (0805);
C7 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 25V (0805);
C8/9 – Condensador cerâmico multi-camada 22µF 10V (1210);
C10/12 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C11/13 – Condensador electrolítico de nióbio NOJD107M010 (NOJD107M010RWJ ou equiv.);
D1 – Díodo TVS SMCJ18A;
D2 – Díodo rectificador Schottky FSV1045V;
D3 – Díodo Zener BZX84-B16;
D4 – LED Kingbright APT2012EC (ou KPT-2012EC);
D5/6 – LED Kingbright APT2012SGC (ou KPT-2012SGC);
F1 – Fusível PPTC 2920L330/24;
IC1 – Conversor DC-DC TPS56528 (TPS56528DDA);
IC2/3 – Controlador CDP/DCP TPS2544 (TPS2544RTE);
J1 – Receptáculo de alimentação 5,5mm x 2,1mm;
J2/3 – Conector USB Molex 67643-3911;
L1 – Indutor de potência XAL7030-332ME (XAL7030-332MEB ou XAL7030-332MEC);
Q1 – Tirístor SCR MCR8DSM (MCR8DSMT4G);
R1 – Resistor de filme espesso 150Ω±5% 1/8W (0805);
R2 – Resistor de filme espesso 73,2KΩ±1% 1/8W (0805);
R3 – Resistor de filme espesso 10KΩ±1% 1/8W (0805);
R4/6/8 – Resistor de filme espesso 180Ω±5% 1/8W (0805);
R5/7 – Resistor de filme espesso 22,6KΩ±1% 1/8W (0805).


Como é habitual, o layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. Mais uma vez, recomendo que a encomenda da placa seja feita através do OSH Park, uma vez que este layout foi desenhado de acordo com as especificações deste serviço. Contudo, pode utilizar outro serviço de fabrico à sua escolha, desde que o mesmo suporte layouts de quatro camadas com furação a partir de 0,5mm. O stackup e materiais não têm de ser idênticos, pois a impedância dos pares diferenciais dos portos USB não é crítica nesta aplicação.

A montagem da placa requer algum equipamento especializado. A soldadura dos componentes SMD deve ser feita por refusão com ar quente, sendo a pasta de solda aplicada com um stencil. Em primeiro lugar soldam-se os componentes da face superior e só depois os da face inferior, tendo o particular cuidado de aplicar calor no tempo mais curto possível aquando a soldadura destes últimos. Soldados todos os componentes SMD, soldam-se então os componentes through-hole. Por fim, deverá colar os pés de borracha na parte inferior da placa. Recomendo os pés SJ5076 fornecidos pela 3M.

Para a maior parte das utilizações, a dissipação térmica que a placa oferece em relação ao conversor DC-DC nela integrado é aceitável e suficiente. Contudo, a dissipação pode ser ligeiramente melhorada colando um dissipador adequado no topo do integrado. Nesse sentido, recomendo a aplicação de dissipadores 3-020203U ou 4-020203U, ambos da Cool Innovations. Para mais detalhes, consulte as notas do projecto.

Dissipador opcional para o TPS56528 (IC1). Trata-se de um dissipador Cool Innovations, modelo 3-020203U.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): http://www.box.com/s/euty...qe9a
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): http://www.box.com/s/p388...z3q9
Layout da placa (pdf): http://www.box.com/s/83w9...7hcg
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): http://www.box.com/s/pdh7...7cuu
Ficheiros Gerber: http://www.box.com/s/7f3p...m9p6
Notas do projecto: http://www.box.com/s/u2p9...lmzv
Pasta contendo todos os ficheiros: http://www.box.com/s/7maf...otg8
Projecto no OSH Park: http://www.oshpark.com/shared_projects/o5UXnmOH

Sem comentários:

Enviar um comentário