3004 5V5A电源模块
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关键词
树莓派5、英伟达Jeston、软路由、5V5A、PD电源
一、简介
随着芯片性能越来越强，耗电量也随之水涨船高。树莓派5在2023年10月发布，建议供电5V5A。对于英伟达Jetson平台，以及R4S等带USB3.0高扩展性的软路由，对电流的需求也越来越大，最低起步5V3A，建议5V4A，有条件上5V5A。针对这类大电流应用，我司设计了新一代的5V5A（短时可达近5V6A）电源模块，并标配了风扇，可以确保稳定可靠的在持续大电流负载下运行。同时加入了对PD充电头的支持。
近几年手机和笔记本快充兴起，配套的PD充电头也逐渐普及，PD充电头与传统充电头相比，功率更大且能量密度更高，氮化镓PD头更在尺寸上深得人心。早期PD充电头主要用于笔记本充电，功率以45W和65W为主，近几年手机快充发展迅速，新发布的手机都可以支持PD协议，从而出现了一大批20W-33W之间的小功率PD充电头，性价比更高，尺寸更小，方便携带。30W的PD充电头即可支持我们这款5V5A电源模组的5V5A满载输出。
我们5V5A电源模块分3款：一款是5V5A 带3.81-2p端子版本，适用于工业场景；一款是通用的5V5A PD版本；还有一款是5V5A双PD版本，专门针对树莓派5设计。
二、硬件资源对比
三、5V5A电源
3.1 接树莓派5的使用
5V5A模块在硬件上支持5V5A输出，但由于输出没有带PD协议的USB-C口，所以无法与树莓派5的电源C口进行PD握手，树莓派系统会将其识别为3A电源，此时可以通过两种方式去解决这个问题：
1）在软件上可以实现让树莓派5将其识别5A电源。打开树莓派终端，输入：
sudo rpi-eeprom-config --edit
在文件末尾添加一条命令：
PSU_MAX_CURRENT=5000
保存并退出，重启系统即可。
完整操作演示如下：
这样就解除了对USB口的限流。
2）在USB-A口上配我们的USB A-C PD适配器，与树莓派5 PD握手，实现树莓派5系统不弹窗，USB口不限流。
3.2 接其他设备
5V5A电源配NanoPi R4S：
5V5A电源配英伟达Jeston NANO（可以USB-A口接DC线，5V输出，也可以用3.81-2p端子接DC线，5V输出）：
四、 5V5A PD电源
4.1 接树莓派5的使用
若将5V5A PD电源模块用于树莓派5，因为树莓派5的USB-C电源口是非标PD电源口，所以它会通过非标的自由协议对电源模块进行验证。这个电源模块在硬件上支持5V5A输出，但输出的USB-A口和USB-C口都是没有树莓派5的PD协议，所以树莓派系统会将其识别为3A电源，此时可以通过两种方式去解决这个问题：
1）在软件上可以实现让树莓派5将其识别5A电源。打开树莓派终端，输入：
sudo rpi-eeprom-config --edit
在文件末尾添加一条命令：
PSU_MAX_CURRENT=5000
完整的操作演示如下：
这样就解除了对USB口的限流。
2）在USB-A口上配我们的USB A-C PD适配器，与树莓派5 PD握手，实现树莓派5系统不弹窗，USB口不限流。
4.2 PD电源输入实测数据
电源模组的USB-C输入接口设定的握手电压为12V，如PD充电头不支持12V则会尝试握手到9V，为了确保能支持5V5A满载输出，需要PD充电头具备30W的输出能力，而且需要在12V这一档电压能输出30W，即12V 2.5A。
我们选取了一批充电头来测试，以PD充电头为主，也测试了部分QC充电头/充电口，测试数据如下：
总结：
1. 不管是QC还是PD协议，只要支持12V3A档都可以满载输出5V5.5A以上，支持12V 2.5A档可以输出5V 5A以上；
2. QC协议走USB-A口，而标准USB-A口只有一根电源线和一根接地线，一般而言功率会比USB-C口要小一些（USB-C口一般会有两组电源线）；
3. 充电头不能看其最大总功率，一定要关注12V档能输出多大电流，要输出5V5A则12V档需要能输出2.5A及以上电流。像倍思的30W，其12V档只能输出2A，即24W，所以只能支持5V 4.6A的输出，而同为30W的绿联则支持12V 2.5A，所以绿联能支持5V 5.33A的输出。
4.3 输出5A演示
五、RPi_5V5A双PD电源
5.1 模块介绍
RPi5_5V5A双PD电源模块是专门针对树莓派5设计的带5V5A握手协议的电源模块，USB-C口输出实现树莓派5系统不弹窗，USB口不限流。
输入接口：
- 支持USB-C PD输入，握手在12V，需具备30W以上总功率；
- 支持DC5.5-2.1接口，9-15V输入，需具备30W以上总功率，比如12V3A；
输出接口：
- USB-C和USB-A双输出，总电流稳定5A，短时6A；
- 具备电压调节跳线帽，如线损较大可通过拔掉跳线帽来将输出电压抬高0.2V；
- 板载PD协议芯片，USB-C支持树莓派5专用5V5A协议；
- USB-A接口输出不带协议，不可通过协议调压；
- 输出控制开关；
- 标配风扇，可确保5V5A满载长时间工作。负载小于3A可移除风扇；
- 标配3D打印底座；
- 尺寸：40*55mm，与树莓派CM4尺寸完全兼容。
5.2 接树莓派5的使用
与树莓派5原装电源的对比：
在树莓派系统中查看电源，打开树莓派终端，运行：
od -tx --endian=big /proc/device-tree/chosen/power/usbpd _power_data_objects
RPi_5V5A双PD电源：
树莓派5原装电源：
Pi5_5V5A_双PD电源模块输出能力测试演示：
注意1：
本产品定位为大电流应用，考虑到大电流下的线损压降（一般优质1米的线缆在1A负载下有0.1V左右的压降），输出初始电压约为5.3V，拔掉短路帽后约为5.5V，因此在3-5A负载电流下达到设备端仍有5V左右的电压。
若线的质量较差，压降会更大，故建议输出用的CC线不宜太长。
CC线需要是标准CC线，有USB信号和CC信号，树莓派5系统可握手识别5A。
注意2：
风扇为易耗品，长期使用后如出现异响或转不动可自行更换。如果负载小于3A建议拔掉或移除风扇使用。
5.3 PD电源输入实测数据
这款5V5A电源模组的USB-C输入接口设定的握手电压为12V，如PD充电头不支持12V则会尝试握手到9V，为了确保能支持5V5A满载输出，需要PD充电头具备30W的输出能力，而且是12V这一档电压能输出30W，即12V 2.5A。
我们选取一批充电头来测试，以PD充电头为主，也测试了部分QC充电头/充电口，测试数据如下：
注1：
联想65W 2C1A因PD协议不支持12V档所以只能降至9V3A档，因而大大影响输出能力，而且其A口只支持12V 1.5A档，导致走QC协议输出能力也偏弱。
注2：
DC输入受限于板载保险丝，输出被限制在5V5A左右，故12V3A输入即可。
5.4 PD输出数据演示
倍思65W移动电源，握手12V，输出6.33A
倍思65W电源，握手12V，输出6.47A
倍思40W电源，握手12V，输出6.28A
5.5 演示视频
倍思40W双USB-C充电头搭配Pi5_5V5A_PD电源模块使用演示
Pi5_5V5A_双PD电源模块和树莓派5进行PD协商演示
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