Un ingénieur compare des blocs GaN de 140 W et 240 W et se lance dans la conception de son propre module PD

Un ingénieur passionné a publié sur Habr un article consacré aux chargeurs à nitrure de gallium. La comparaison oppose deux blocs : un GaN de 140 W éprouvé, que l'auteur avait démonté et réparé dans un article précédent, et un GaN de 240 W acheté sur une marketplace. Le second annonce une puissance presque deux fois supérieure pour un prix environ 15 fois inférieur. Le point de départ de cette comparaison est une tâche professionnelle : pour l'un de ses projets, l'auteur devait concevoir un module d'alimentation avec Power Delivery. L'annonce de la publication ne donne pas les résultats des mesures ; nous détaillons donc ci-dessous le contexte technique, sans lequel les chiffres des étiquettes sont difficiles à interpréter.

D'où viennent les 140 et 240 W

Avant PD 3.1, le plafond de la spécification USB Power Delivery était de 100 W : 20 V sous 5 A. La révision 3.1 a ajouté le mode Extended Power Range (EPR), avec trois nouvelles tensions fixes. La puissance est le produit de la tension par le courant.

• 28 V × 5 A = 140 W
• 36 V × 5 A = 180 W
• 48 V × 5 A = 240 W
• Limite de PD 3.0 sans EPR : 100 W (20 V × 5 A)
• Écart de prix entre les blocs dans l'annonce : environ 15 fois

Il existe une limite que l'on oublie souvent. Un courant de 5 A n'est admissible qu'avec un câble équipé d'une puce e-marker, et le mode EPR ne s'active qu'après une procédure de négociation distincte entre la source, le câble et l'appareil alimenté. Sans implémentation correcte de ce protocole, un bloc 240 W reste un bloc ordinaire de 100 W ou moins.

Pourquoi un prix 15 fois plus bas soulève des questions

Les transistors GaN fonctionnent à des fréquences plus élevées et permettent de réduire la taille du transformateur et des inductances. C'est la principale raison pour laquelle des blocs compacts de 140 W et plus sont devenus possibles. Mais même avec un rendement de 95%, un bloc de 240 W dissipe environ 12 W de chaleur dans un petit boîtier. Un bon bloc économise sur la taille, pas sur la qualité des composants, et son prix en tient compte.

Pour les appareils très bon marché, les points faibles typiques sont connus :

• la puissance de l'étiquette est indiquée pour l'ensemble des ports, alors que sur un seul port elle est nettement plus basse ;
• l'EPR est annoncé, mais n'est pas pris en charge en pratique ;
• les condensateurs d'entrée et de sortie sont dimensionnés au plus juste ;
• l'isolation entre les circuits primaire et secondaire ne répond pas aux exigences de sécurité ;
• l'ondulation en sortie dépasse ce que tolère une charge sensible.

Il s'agit d'une liste générale de risques, et non de conclusions sur l'appareil précis évoqué dans l'article. L'auteur présente dans l'original les résultats détaillés du démontage et des mesures.

Ce qui change quand on développe son propre module PD

Quand on conçoit soi-même un bloc, il faut tenir compte de ce que l'acheteur ne voit généralement pas. Le contrôleur doit mener correctement la négociation, EPR compris. Tous les composants du bus doivent supporter 48 V avec de la marge, ce qui fait des condensateurs 63 V un minimum pratique. Autre problème à part : les surintensités et surtensions lors du branchement à chaud d'un câble sous charge. C'est précisément là que l'on mesure l'écart entre une solution certifiée et la copie d'un schéma sans vérification.

Comment tester un bloc avant d'y brancher un ordinateur portable coûteux

Il convient de tester un bloc 240 W bon marché en plusieurs étapes avant d'y connecter un appareil plus cher que le bloc lui-même.

1. Prenez un testeur USB compatible PD et regardez quels profils le bloc propose réellement. Le profil 48 V doit figurer dans la liste. 2. Utilisez un câble marqué 240 W avec e-marker. Un câble ordinaire de 60 W ne convient pas ici. 3. Chargez le bloc à 70–80% de la puissance annoncée pendant au moins 30–60 minutes et surveillez la température du boîtier. 4. Si vous disposez d'un oscilloscope, observez l'ondulation en sortie sous charge. 5. Cherchez la certification USB-IF et les marquages de sécurité, et pas seulement la mention GaN sur la boîte.

Si le bloc échoue aux deux premiers points, mieux vaut considérer la puissance de l'étiquette comme un chiffre marketing, et non comme une caractéristique technique.