Engenheiro compara fontes GaN de 140 W e 240 W e decide projetar seu próprio módulo PD

Um engenheiro entusiasta publicou no Habr um texto sobre carregadores de nitreto de gálio. A comparação gira em torno de duas fontes: um GaN de 140 W já conhecido, que o autor desmontou e consertou em um artigo anterior, e um GaN de 240 W comprado em um marketplace. O segundo declara quase o dobro de potência e custa cerca de 15 vezes menos. A comparação surgiu de uma tarefa de trabalho: um dos projetos exigia o desenvolvimento de um módulo de alimentação com Power Delivery. O anúncio da publicação não traz os resultados das medições, por isso o texto abaixo explica o contexto técnico necessário para interpretar os números das etiquetas.

De onde vêm os 140 e 240 W

Antes do PD 3.1, o teto da especificação USB Power Delivery era de 100 W: 20 V a 5 A. A revisão 3.1 adicionou o modo Extended Power Range (EPR), com três novas tensões fixas. A potência é calculada como o produto da tensão pela corrente.

• 28 V × 5 A = 140 W
• 36 V × 5 A = 180 W
• 48 V × 5 A = 240 W
• Limite do PD 3.0 sem EPR: 100 W (20 V × 5 A)
• Diferença de preço entre as fontes no anúncio: cerca de 15 vezes

Há uma limitação que costuma ser esquecida. A corrente de 5 A só é permitida em cabos com chip e-marker, e o modo EPR é ativado após um procedimento de negociação específico entre a fonte, o cabo e o dispositivo consumidor. Uma fonte de 240 W sem a implementação correta desse protocolo continua sendo uma fonte comum de 100 W ou menos.

Por que o preço 15 vezes menor levanta dúvidas

Os transistores GaN operam em frequências mais altas e permitem reduzir o transformador e os indutores. Essa é a principal razão pela qual fontes compactas de 140 W ou mais se tornaram possíveis. Mesmo com eficiência de 95%, porém, uma fonte de 240 W dissipa cerca de 12 W de calor em um gabinete pequeno. Uma boa fonte economiza no tamanho, não na qualidade dos componentes, e tem o preço correspondente.

Os pontos fracos típicos de dispositivos muito baratos são conhecidos:

• a potência da etiqueta é a soma de todas as portas, e em uma única porta ela é bem menor;
• o EPR é declarado, mas na prática não é suportado;
• os capacitores de entrada e saída são dimensionados no limite;
• o isolamento entre o circuito primário e o secundário não atende aos requisitos de segurança;
• a ondulação (ripple) na saída fica acima do admissível para cargas sensíveis.

Esta é uma lista geral de riscos, e não conclusões sobre o dispositivo específico do artigo. O autor apresenta os resultados detalhados da desmontagem e das medições no texto original.

O que muda ao desenvolver o próprio módulo PD

Quando você projeta a fonte, precisa considerar o que o comprador normalmente não vê. O controlador deve passar corretamente pela negociação, inclusive no modo EPR. Todos os componentes do barramento precisam suportar 48 V com folga, e por isso capacitores de 63 V se tornam o mínimo prático. Outro problema é a ocorrência de picos de corrente e tensão ao conectar o cabo a quente, com carga. É aí que aparece a diferença entre uma solução certificada e a cópia de um circuito sem validação.

Como testar a fonte antes de conectar um notebook caro

Vale testar uma fonte barata de 240 W em várias etapas antes de conectar a ela um equipamento mais caro que a própria fonte.

1. Pegue um testador USB com suporte a PD e veja quais perfis a fonte realmente oferece. O perfil de 48 V deve estar na lista. 2. Use um cabo marcado como 240 W e com e-marker. Um cabo comum de 60 W não serve aqui. 3. Aplique carga de 70–80% da potência declarada por pelo menos 30–60 minutos e acompanhe a temperatura do gabinete. 4. Se tiver um osciloscópio, observe a ondulação na saída sob carga. 5. Procure certificação USB-IF e marcas de segurança, e não apenas a inscrição GaN na caixa.

Se a fonte não passar nos dois primeiros itens, a potência da etiqueta deve ser tratada como um número de marketing, e não como um parâmetro técnico.