OrangePi PC Plus согрела при питании от Power Bank - разбор

Во время первого теста моей wildlife камеры случилась одна ма-а-ленькая неприятность - апельсинка сгорела. Что произошло: камеру поставил на окно, подключил к powerbank Romoss sense 8+ на 30Ач в порт с quick charge. Доступ к камере - по wi-fi, подключение через домашний роутер. Пока выполнялся скрипт и камера записывала изображения - все было ОК, но вот как только я решил перекинуть через rsync картинки к себе на комп, чтобы сделать из них видео, что-то пошло не так: связь оборвалась. Перезапуск по питанию эффекта не дал - даже индикатор перестал мигать, при этом появился характерный запах горелых микросхем...

Подключил это счастье к лабораторному блоку питания и оказалось, что питание уходит в защиту по току: стояло 2А по 5В, стал повышать, ток пошел наверх и волшебный дым не замедлил себя ждать ) Самым слабым звеном оказался регулятор U4 - на плате он расположен рядом с вертикальным разъемом USB.

А что на схеме? Ее кстати, производитель выложил на свой Google Drive (схема для версии 1.1 - у меня, судя по надписи на плате, она и есть). Первое - это организация питания - power tree. Все регуляторы напряжений подключены к единому входу DCIN + некоторые потребители запитаны прямо от него (USB и HDMI, например).

С общей структурой понятно, а что с реализацией? Ведь в такой схеме к элементу DCIN предъявляются требования как минимум по защите всех, кто стоит за ним от переплюсовки и перенапряжения. Иначе, при повышении входного напряжения (источник с другим напряжением подключили или помеха пришла) все регуляторы окажутся под его действием и тут уже как повезет, сколько из них это переживет.

Принципиальная схема в части питания платы:

Укрупненно входной разъем питания и элементы защиты входного напряжения:

Все, вроде, грамотно: сразу после входа стоит супрессор - ESD диод. Не указано, правда, на какой номинал, но ладно - он есть, что уже неплохо. Далее отвод питания до защитного диода D36 - как-то это совсем не здорово. На входе также установлена пара фильтров и защитный диод от переплюсовки D36, который опционально может быть зашунтирован резистором R48 - 1R (по умолчанию - not connected).

Проверим теперь плату. И тут ждет сюрприз - она не соответствует схеме.

Начнем по порядку: разъем J1 - вход DC IN, за ним должен идти стабилитрон ESD1 - судя по шелкографии, это нижний из двух диодов над разъемом (слева от разъема - диод D1). Как-то он очень подозрительно похож на верхний диод D36. Прозвонил, получил, что это два параллельно установленных диода: если верить схеме, то 1N5819, номинальный ток которых всего 1А. Резистор R48 не напаян. Фильтрующие конденсаторы расположены на обратной стороне платы.

Получается, защиты от перенапряжения и от помех никакой нет... Чтобы убедиться, прозвонил входы регуляторов U4, U5, U7 - на них приходит напряжение VCC-5V с выходов этих диодов. Могу предположить, что 1А по 5В не хватило, диод D36 перегревался, решили таким образом "доработать", выкинув ESD и поставив диод в параллель. Указали бы хоть это на схеме (((

Регулятор U4 обеспечивает питание оперативной памяти. Используется DC-DC преобразователь с настраиваемым выходным напряжением SY8008B - Max. supply input voltage = 6V. Сгореть он мог, если на вход пришло больше - посмотрим, откуда могло взяться перенапряжение.

Для теста я использовал powerbank Romoss sense 8+ на 30Ач при подключении в порт с quick charge - по спецификации он может выдавать несколько напряжений: 5В/3А, 9В/2А, 12В/1,5А. При этом, выбор напряжения должен производится автоматически. Как это работает?

Нашел интересный Power Bank with Input & Output Fast Charger Reference Design от Texas Instrument:

Видно, что напряжение на выходе USB-A регулируется интерфейсной микросхемой (charger interface physical layer ic). В данном примере - это CHY100. 

 

 

В соответствии с логикой quick charge (power delivery):

Версия Qualcomm Quick Charge 2.0 (2015), как и USB Power Delivery, предусматривала возможность повышения напряжения питания до 9, 12 или 20В после согласования между зарядным устройством и гаджетом. Но в отличие от USB Power Delivery метод договора был гораздо проще и позволял использовать существующие кабели и разъёмы USB 2.0/3.0. По состоянию линий D+/D− гаджет определяет, что подключён к зарядному устройству, после чего выставляет на линии D+/D− определённое напряжение в соответствии с желаемым напряжением питания.

Соответственно, интерфейсная микросхема не должна повышать напряжение, если подключенное устройство не запросит:

CHY100 automatically detects whether a connected Powered Device (PD) is Quick Charge 2.0 capable before enabling output voltage adjustment. If a PD not compliant to Quick Charge 2.0 is detected the CHY100 disables output voltage adjustment to ensure safe operation with legacy 5 V only USB PDs.

Но похоже, что в моем случае, что-то пошло не так... Orange Pi была подключена кабелем, в котором к ней подключаются только два контакта: Vbus и GND. Контакты D+/D- остались в "воздухе". Не нашел, какой именно интерфейс используется в power bank от romoss, но, очень похоже, что при повышении потребления (когда я задействовал wi-fi для передачи изображений) напряжение переключилось на 9В или 12В. По крайней мере, все на это указывает. А то, что в апельсинке нет никакой защиты от перенапряжения привело к тому, что повышенное напряжение попало сразу на все регуляторы напряжения, из которых U4 оказался наименее стойким. 

После того, как снял U4, включил апельсинку и подал на его выходной контакт 3.3В от внешнего источника - эффекта это не дало: похоже, что плохо стало не ему одному... Пока отложил плату в сторону - нет настроения ее реанимировать. 

Решил перейти на Raspberry Pi Zero W - меня зацепил ее компактный размер - классная платка, для моей камеры - самое оно :)

Let`s go design!