Инженер сравнил GaN-блоки на 140 и 240 Вт и взялся за свой PD-модуль

Инженер-энтузиаст опубликовал на Хабре материал о зарядных устройствах на нитриде галлия. В центре сравнения два блока: проверенный GaN на 140 Вт, который автор разбирал и ремонтировал в предыдущей статье, и GaN на 240 Вт с маркетплейса. Второй заявляет почти вдвое большую мощность, а стоит примерно в 15 раз меньше. Поводом для сравнения стала рабочая задача: для одного из проектов нужно было разработать модуль питания с Power Delivery. В анонсе публикации результаты замеров не приведены, поэтому ниже разобран технический контекст, без которого цифры на этикетках читать трудно.

Откуда берутся 140 и 240 Вт

До появления PD 3.1 потолок спецификации USB Power Delivery составлял 100 Вт: 20 В при 5 А. Редакция 3.1 добавила режим Extended Power Range (EPR) с тремя новыми фиксированными напряжениями. Мощность считается как произведение напряжения на ток.

• 28 В × 5 А = 140 Вт
• 36 В × 5 А = 180 Вт
• 48 В × 5 А = 240 Вт
• Предел PD 3.0 без EPR: 100 Вт (20 В × 5 А)
• Разница в цене между блоками в анонсе: около 15 раз

Есть ограничение, о котором часто забывают. Ток 5 А допустим только через кабель с чипом e-marker, а EPR-режим включается после отдельной процедуры согласования между источником, кабелем и потребителем. Блок на 240 Вт без корректной реализации этого протокола остаётся обычным блоком на 100 Вт или меньше.

Почему цена в 15 раз вызывает вопросы

GaN-транзисторы позволяют работать на повышенных частотах и уменьшать трансформатор и дроссели. Это главная причина, по которой компактные блоки на 140 Вт и выше вообще стали возможны. Но даже на КПД 95% блок на 240 Вт рассеивает около 12 Вт тепла в маленьком корпусе. Хороший блок экономит на размере, а не на качестве компонентов, и стоит соответственно.

Для очень дешёвых устройств типичные слабые места известны:

• мощность на этикетке указана суммарно по всем портам, а на одном порту она заметно ниже;
• EPR заявлен, но на деле не поддерживается;
• входные и выходные конденсаторы подобраны впритык;
• изоляция между первичной и вторичной цепями не соответствует требованиям безопасности;
• пульсации на выходе выше допустимых для чувствительной нагрузки.

Это общий перечень рисков, а не выводы по конкретному устройству из статьи. Подробные результаты разборки и измерений автор приводит в оригинале.

Что меняется при разработке своего PD-модуля

Когда блок проектируешь сам, приходится учитывать то, что покупатель обычно не видит. Контроллер должен корректно проходить согласование, включая EPR. Все компоненты на шине должны выдерживать 48 В с запасом, поэтому конденсаторы на 63 В становятся практичным минимумом. Отдельная проблема — броски тока и напряжения при горячем подключении кабеля под нагрузкой. Именно здесь видна разница между сертифицированным решением и копией схемы без проверки.

Как проверять блок до подключения дорогого ноутбука

Дешёвый блок на 240 Вт стоит проверять в несколько этапов, прежде чем подключать к нему технику дороже самого блока.

1. Возьмите USB-тестер с поддержкой PD и посмотрите, какие профили блок реально предлагает. Профиль 48 В должен быть в списке.
2. Используйте кабель с маркировкой 240 Вт и e-marker. Обычный кабель на 60 Вт здесь не подойдёт.
3. Нагрузите блок на 70–80% заявленной мощности хотя бы на 30–60 минут и следите за температурой корпуса.
4. Если есть осциллограф, посмотрите пульсации на выходе под нагрузкой.
5. Ищите сертификацию USB-IF и знаки безопасности, а не только надпись GaN на коробке.

Если блок не проходит первые два пункта, мощность на этикетке стоит считать маркетинговой цифрой, а не техническим параметром.