笔记本电脑快充并联器

前言/项目背景：

一款用于大功率游戏本的快充并联器，使大功率游戏本支持Type-c快充输入，集成多重保护，以便在外适配更灵活的电源形式。像是我平时在外经常需要用到笔记本，但是画图建模设计吃配置只能带游戏本，而功耗大又没有很长时间的续航，充电只能用官方配套充电器，所以想设计一个转换器，使其支持市面上常见快充电源设备，同时支持移动电源为其供电。

基础信息：

额定功率：170W （MAX:300W）

输出：20V-8.5A(170W) 20V-15A(300W)

输入：Type-c *3 (140W单口)

快充协议：PD3.2 EPR、AVS、PPS、SPR 协议及 BC1.2 等升压快充协议 支持 eMarker

外形尺寸：35*28*37mm

安全防护：

单通道功率限制：220W

欠压保护：16V

过流阈值：11A

防倒灌：双NMOS开关管

开源协议：CC-BY-NC-SA-4.0

请勿将该产品及其衍生品用于任何形式的商业用途，违者必究。

方案架构：

由支持快充的充电器或移动电源设备提供20V电压，并联器识别输入电源符合要求，并且输入总功率达到需求，自动开启对应通道输出。（注：所选的充电器或者移动电源本身需支持20V输出）

电路实现：

当外部电源接入后首先为CH224Q和MCU提供5V供电，由CH224Q握手出20V，MCU ADC识别到至少2个电源达到20V输出后，控制LMX5069开启对应通道的输出供电，由INA226监测总输出电压电流，计算实时输出功率。

原理图：

功率板：

控制板：

Type-c输入后，由CH224Q和电源握手通讯出20V直流电

功率开关和过欠压过流保护由LMX5069DL实现

电源输入首先经过VIN采集输入电压，同时为芯片供电 然后RSNS电阻分压测量通路电流

当SENSE引脚测量到和VIN引脚形成大于55mV的压差后则会触发过流保护动作关闭输出通道，UVLO是欠压保护通道当该引脚电压阈值低于2.5V以下会关闭输出，OVLO是过压保护通道当检测到该引脚电压阈值高于2.5V以上会关闭输出。这两个引脚同时也可以作为使能引脚用于靠外部电路控制电子开关的通断。

这里电流检测配置为5mΩ检流电阻 动作电流 11A ，20V输入的话过载动作功率就是220W

PCB：

结构设计上为了节省空间，采取功率和控制电路分离的设计，三明治结构叠板

功率板为四层PCB，大电流网络通过内层铺铜，加粗走线降低内阻和发热

代码实现：

在这个项目中单片机主要起到电压电流监测和输出逻辑控制，比较简单的程序。

UI界面每隔15秒会自动切换 界面1显示输出电压电流功率参数，和三个输入Type-c通道的状态，界面2显示三个Type-c通道的实际输入电压值，和通道输出状态

程序下载配置：芯片型号STC8H1K08 主频时钟配置11.0592M 其他参数按默认配置

3D模型：

内部构造

上下两块PCB用排针连接 中间铝合金块为导热块 负责把功率管的发热传到到铝合金外壳上，相当于用铝合金外壳当作散热片用了

散热导热方向

外壳五金：

外壳使用的是标准铝型材外壳 参数35*26*37mm（长度含盖板）不含盖板35mm长

外壳3D文件在开源工程附件，加工文件已上传JLC机电工坊 https://gf.jlcfa.com/machine-detail/484247360928116738

测试使用：

外部电源供电（移速的200W氮化镓快充电源）

移动电源供电（酷态科20号充电宝 160W）

酷态科的充电宝买的时候看他写的是最大210W输出，我以为是两个C口输出总210W 实际上是Type-c1最大输出140W Type-c2最大输出60W USBA不支持20V输出，而且Type-c1 的140W是在28V输出的情况下 在20V输出最大就只有100W 也就是说我能获得的总输出功率最大就只有160W但是价格比绿联贵了1倍多（不如买两个绿联）

充电器供电，外部负载仪功耗测试

发热分析与温升

20分钟170W连续输出 整体发热基本上在45度上下 接口发热比较严重，可能是没插紧接触不良，如果是300W设备需要更换接口，或者选用更大电流支持的DC插头

耗材采购：

大部分耗材均可在JLC采购，部分JLC没有的耗材的淘宝采购链接https://item.taobao.com/item.htm?_u=t20292vc2r8c6f&id=812436030905&pisk=g4ruG7OywzuSPoKWr9m5PdugAOQvN0iQYWKK9DhFujlfdULRF2kUKWqLyJlKxWV3tb3FN0E3iRwdFkBS4MDU6SmLebhLi9V8dHC5R0Ket7wNN8hdFkcEi7PnRTGKTXVLLzBAXGe7FDiEx1IOXrlxWMVk8UuPLnk-KtHPhzSU7DiF66YvY4siA7kqV9syuxljKv8EYWoq0ADKYvoEatcqKATeaWoFntDndL-ezYu2gvkrYBur8xlqIv-rTUoe0tDIgXoEYWoVnvGqTDoE9YtEskrb06AcwxlSM_ZqE4caUby8eoSqzUw-ie83mrmj_hhDYHrmE-K7Op-GJfzswVh7giKox-k3sAVkgsmUnuZiuu5XxqNnGqrroa-4s0Vn7uuDLhwYFrim3lWp5jEmwWrouOKiJmrt70zAl_3KqAVUV7vHY5yYBugbx1AqOzHs0YVFbsjruE8Zpo-BFD9DRegrhxc9c8nxBn2nMpBcnF_SzxMR6tXDReO6YhfOntY6O4kje1C..&skuId=5674788286450&spm=a1z09.2.0.0.221a2e8daBQsXt

https://item.taobao.com/item.htm?_u=t20292vc2rd188&id=670018988125&pisk=gfAYMy_3M0mDqEq4khDuSSGJOd3orYY2zn8QsGj0C3KJXeUDnOjGC1KevONi3sXO63skiiYcGN66jH9ccKjg6CKyDSVGGhcOfeJr7ibDiPQ6FnFMnEjDePC2ZKVGmm595HftxDcntE8Va1inxPs4i15C8G_bjG17F1b9EEw0RE8V_GM4geMpuP3MgCm15GgRNNQhf16fh8654Nj1lhsfFu_d81s6fh65VZbQl-6_Gga54wqff16bPb_VlZ_1lhTSyNQ11Gt1h4L54N11fXCtXgafj5pxk2JRjVp415ORkTMklgtpAVbfHqLAV5iB3ZnFAEs815s0K14vyEmYTUf2iHQHmbNvvE9BfptSwSByhUdOLCkgiE5OD9s6kowfJsIAdI607VCVCLdRiIiaLUYRc9CkEYocIsKvLMWjU0-9yix6MTZxqGvHrI6JA0VJbOpXDa1C4cOH9bdQxlcah438QRWfzQkNCyInXsrVyM0x6RyNU47Rx438CRZszaInkmeaQTuP.&spm=a1z09.2.0.0.221a2e8daBQsXt

装配复刻：

PCB裸板边缘建议使用耐高温的聚酰亚胺胶带包边，防止插拔PCB的过程中导致阻焊层磨损短路，也可以更好的固定PCB板

MOS管上部使用704导热密封胶将其与散热铝块固定，铝块与外壳接触部分涂抹导热硅脂散热

屏幕背面贴泡沫胶垫起屏幕

安装好上下壳的PCB后，将两个壳子合起来

然后拧上侧板

测试视频：https://www.bilibili.com/video/BV1A8h9zHEBQ/

优化方向：

目前每个C口靠的还是被动均衡，需要输入电源的压差不能过大，对线材也有一定要求，尽量用低内阻线材。之后可以尝试改为主动均衡分配每个Type-c口所提供的功率，且目前当通道开启后，如果线材被拔掉接口依旧是保持输出状态，需要重启以恢复关闭状态，可通过对输入负载检测判断C口是否有带载从而自动切断负载。