[心得] 一起DIY設計出最強的USB車充吧！(上)

看板biker (機車摩托車)作者nowitzkixd (十元作家)時間3小時前 (2026/04/03 05:59)推噓6(6推 0噓 3→)

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------------- 文極長慎入大量學理燒腦 ------------- ------------------------------------------------------------ 前言：相信很多電子愛好者都有過電子DIY的念頭但當你滿懷熱情與雄心壯志的打開電子電路相關的書籍時發現裡頭都是長這樣 https://i.postimg.cc/pLwH5pML/ying-mu-xie-qu-hua-mian-2026-03-31-111320.png

或是長這樣 https://i.postimg.cc/FFWwJ70Z/ying-mu-xie-qu-hua-mian-2026-03-31-110736.png

然後就直接從初學到放棄就沒有然後了而這也是很多人對於電子電路無法入門的原因因為這類書籍壓根就不是給初學者看的它的功能更主要的是打磨初學者的熱情(笑就好像你今天打開冰箱的使用說明書結果裡面全都是在講壓縮機運作原理一樣今天我們是要「使用這些元件」又不是要「研發這些元件」然後就陷入了「不懂電子電路理論」→「設計不出電路」→「做不出成品」這樣的死循環中而這也是台灣教育很奇怪的一環因為過度嚴謹與填鴨式教育導致原本非常輕鬆簡單的東西變成高不可攀的門檻所以今天我們就直接打破這束縛先不管理論放下看不懂的知識直接先用最簡單的辦法先動手實踐再說先「設計出一款電路」然後「做出電子電路」最後再回頭溯源「研究其中的理論」然後才是利用更深入的知識設計出「更好的電路」然後做出「更好的電路」然後研究「更深的理論」 ----------------------------------------------------- 前篇 ※USB充電器評測 — 廉價充電器你真敢用? https://reurl.cc/EmG97m 這當中我們看到了一款比較尷尬的廉價充電器今天我們直接設計出一款性能超強的USB充電器幹翻它首先我們先來了解一些小小的相關知識汽機車電路或是日常生活中常常會使用到高電壓要降到低電壓的場合比如說12V轉5V 12V轉3.3V 巴拉巴拉這時候就會用到降壓電源芯片了斯斯有兩種降壓電源芯片也有兩種一種是線性穩壓器英文簡稱LDO https://i.postimg.cc/PxSBtxt3/331143-0.jpg

另一種是開關穩壓器英文簡稱DCDC https://i.postimg.cc/WzWF6MsT/331142-0.jpg

以12V轉5V為例 LDO就像由一個電壓錶與一個可調電阻組成 https://i.postimg.cc/J4Y4TrZy/224738.png

如果說LDO發現輸出>5V 就會增加可調電阻的值如果說LDO發現輸出<5V 就會減少可調電阻的值那這種方式最大的缺點就是當中的7V 都是由電阻把能量變成熱能來消耗掉的所以會很熱甚至很燙可以輕鬆的達到100度以上而DCDC就像是由一個電壓錶跟一個開關組成 https://i.postimg.cc/kgkSpFKF/225621.png

首先它會不斷的開關開關產生一個周期性的方波也就是PWM波 https://i.postimg.cc/tJYCb8Hj/225852.png

然後一樣 DCDC如果發現輸出>5V 就會讓斷開的時間長一點減少導通的時間 DCDC如果發現輸出<5V 就會讓斷開的時間短一點增加導通的時間然後再經過穩壓就是穩定的5V了 https://i.postimg.cc/Xq3mcCQQ/230426.png

由於多餘的電壓都被開關給攔截掉了所以芯片本身不需要去承擔這個電壓發熱量自然就低很多效率也高了許多但缺點就是因為多了個濾波環節所以構造複雜許多也會產生DCDC因為開關原理而特有的現象也就是紋波總結來說各自的優缺點 LDO：紋波小效率低發熱高構造簡單 DCDC：紋波大效率高發熱低構造複雜你會發現兩者幾乎是相反的優缺點分別用於不同的場合而這次USB車充所要使用的就是DCDC電路了解DCDC電路對於所有電子類產品的維修都是有絕對的幫助的因為幾乎90%的電子電路中都有DCDC的存在而且DCDC所使用到的元器件幾乎就是所有常用的元器件了解DCDC 基本就算是整個電路設計的入門了 ------------------------------------------------- 首先我們要先來選擇我們要使用的DCDC芯片而這也是最重要的一環先來了解一下DCDC的拓樸結構 https://i.postimg.cc/B6c1tjbm/232519.png

我們第一步先用Mos管產生一個周期性的方波 https://i.postimg.cc/vm7mtpyH/232710.png

然後利用控制電路來監控輸出電壓是否有沒有穩定再5V 如果輸出>5V 就會讓斷開的時間長一點減少導通的時間如果輸出<5V 就會讓斷開的時間短一點增加導通的時間用來調節電壓 https://i.postimg.cc/mDzB6Jf8/233041.png

然後再芯片後端增加濾波電路與USB口基本的拓樸結構就出來了但由於某些因素(電感上的電流不能突變) 這個電路在Mos管「關閉」時會讓電感懸空 https://i.postimg.cc/CLdHr4zY/233647.png

所以我在電路中加入了一個二極體 https://i.postimg.cc/mgfz339d/233834.png

讓A環路被截止的同時 B環路可以正常運作 https://i.postimg.cc/DzsKrsq6/234140.png

這個拓樸結構就叫做異步整流但由於二級體有固定壓降本身有一定程度的自消耗功率所以我把它優化一下 https://i.postimg.cc/mkWk3Bzm/234249.png

我直接再用一個Mos管來替換掉二極體確保前面的Mos管斷開時後面的Mos管保持導通而前面的Mos管導通時後面的Mos管斷開兩個Mos管相反著運作這種拓樸結構就叫同步整流我們這次要選的是同步整流的芯片因為發熱更低效率更好那芯片類型又有分 https://i.postimg.cc/SRnd9L9q/234857.png

一種是把控制電路跟mos都包進去整合一起的芯片英文我們稱Converter (轉換器) https://i.postimg.cc/2jLXVm7T/234924.png

另一種是控制電路跟mos分開的芯片你要單獨買控制的芯片跟兩顆mos 英文我們稱Controller (控制器) 我們為了體積緣故選擇使用第一種整合進去的Converter 也就是轉換器 ----------------------------------------------- 終於要來我們的第一步先來選芯片打開MPS的官網 https://reurl.cc/6GN6MZ 最重要的一步切成中文ㄏㄏ https://i.postimg.cc/PrRxKWwr/235725.png

找到開關變換器與控制器 https://i.postimg.cc/zXxrk84v/000102.png

勾選20V~29V 然後你會看到有100多種芯片這是要選到什麼時候= = 我們把一些官方不建議使用的芯片都勾掉只勾選正在供貨然後我們剛剛說要使用同步整流芯片把同步整流勾起來再排擠有夠難焊接的QFN類封裝剩下的都勾起來然後把需求電流調到3A以上 https://i.postimg.cc/ZYFZCrcg/000803.png

你就發現只剩下12種了再考慮購買容易度價格性能焊接容易度等等因素最後我個人選擇了 MP2315S這顆芯片 https://i.postimg.cc/3xhv2C5T/001109.png

打開Datasheet 開始挑選電感與電容 https://reurl.cc/A9dNVp https://i.postimg.cc/SKC89Tj9/003530.png

電感部分按照規格書上第11頁的公式算了一下機車常用電壓在14.6v~11.5V之間大概選擇4.7uH~6.8uH之間的電感即可然後通過電感的電流要小於電感的飽和電流一般來說USB 5V口 DCP協議是2A左右我會選擇4.5A以上的電感直流阻抗20毫歐以下 https://i.postimg.cc/5y4xx3X2/331168.jpg

最後我選擇了線藝的XAL6060 高達10A的最大直流電流 15.9毫歐的直流電阻線藝此系列的一體成形電感抗干擾能力是頂級中的頂級就是價格實在貴了點但為了做出最強的USB車充總要點代價 https://i.postimg.cc/Bv755Y0b/004930.png

輸入輸出電容部分在規格書上第12頁簡單來說就是輸入電容越大越好盡量使用X5R或X7R以上的陶瓷電容電容耐壓要>24V 而輸出電容的部分太大太小都不好我大概會控制在44uF左右由兩顆22uF電容組成 https://i.postimg.cc/wM4d9d8p/331169.jpg

我使用了松下的固態電解混合電容以及村上的陶瓷電容作為廠牌選料廠牌部分如果有價格考量用台灣的國巨也有不錯效果價格考量的話可以使用大陸的風華等等畢竟廠商只是其次設計的功力才是電路穩定的重點 -------------------------------------------------------- 再來就是畫電路圖跟Layout了 https://i.postimg.cc/4db9LWCX/010520.png

電路圖部分我一步一步講解 (1) 最左上的2號引腳 IN 直接接入電源路徑上經過三個電容分別是100uF 22uF 以及0.1uF去耦電容最前端為了保護我加入一個大號的TVS 用來吸收浪湧電壓畢竟機車環境充斥著各種干擾這也是實驗室環境與車用環境最大的不同之一 (2) 6號引腳 EN腳位是Enable 也就是使能引腳(啟動引腳) 使用手冊指示芯片內部有個1M歐姆電阻啟動電壓在1.4V左右我使用了兩個電阻(100k 20k)做上下拉電阻精準控制芯片啟動電壓確保電壓在8~9V左右芯片才會啟動以防特殊情況電壓還沒建立芯片就先啟動導致後端設備跳動 https://i.postimg.cc/Pqnc1qTg/012714.png

很簡單的說接地的那端叫下拉電阻高電位的那端叫上拉電阻這樣就很好分別了更詳細的話未來會再提到 (3) 7號引腳 VCC 內部是一個小型的LDO穩壓器給內部電路供電用的給他接一個0.1uF輸出電容就行了 (4) 1號引腳是AAM功能是MPS特有的節能模式選擇可以選擇打開或關閉但由於這功能應用在機車電路上有點廢所以我直接選擇關閉直接接到VCC引腳或懸空即可 (5) 4號引腳是GND 沒什麼好說的就接地就行比較特別的是有些芯片會有AGND PGND的接法雖然都是地但不能直接接一起這部分未來會再提到 (6) 3號引腳是SW 也就是接電感的腳位電感的另一端接兩個輸出電容即可濾波輸出5V (7) 5號引腳是BST 也就是自舉升壓電路目的是產生一個高壓來驅動內部Mos 自舉升壓的意思就是利用交流電可以疊加直流電的特性創造出更高的電壓來驅動元件使用一個0.1uF電容配一個10~40歐電阻 (因自舉電路導致EMI傳導測試不過的時候這顆電阻往往有奇效) (8) 8號引腳是FB 也就是電壓反饋就是我之前提到的那個電壓錶而FB引腳也是使用上下拉電阻做控制不同的是我使用了T-type來調節了一下環路穩定性這是比較進階的用法但手冊上也有說明相關用法可以直接照抄就行 https://i.postimg.cc/CLx5GFmP/020548.png

https://i.postimg.cc/Xq7jk8cJ/020743.png

而這些官方也有給出差不多的電路圖如果不喜歡我的方法也可以直接照抄官方的電路即可好像有人喜歡改裝有人喜歡原廠各有所好 --------------- Layout部分 https://i.postimg.cc/m2Hq69Xp/021048.png

主要就是幾個要點 1.通順 2.防干擾先講第一個通順通順的意思是指電流流通路線要盡可能短與寬 https://i.postimg.cc/YC2P2P28/021452.png

可以看到三條主要的路徑基本都沒有繞來繞去 https://i.postimg.cc/d0bnCNvM/021636.png

https://i.postimg.cc/DyRWn9cf/022153.png

https://i.postimg.cc/CMmkTr2X/21928.png

拿來跟官方畫的建議電路做比較官方把電源輸出地打到背面去用過孔來輔助我個人認為這部分我畫的比官方好上許多畢竟官方後面的走線擋住地迴路太多了會有地平面分割的問題第二個是防干擾防干擾就是要在布局中分割出汙染區與安靜區 https://i.postimg.cc/m2T4M82Y/022742.png

汙染區是因為週期性的開關會對外界產生很強的干擾安靜區大多都是信號類元件不會對外界產生干擾反而是很容易受到外界干擾所以兩者要分隔開我盡可能的把電感跟輸出電容往右邊擠輸入電容往下面擠然後用地屏障把FB網路給包起來 https://i.postimg.cc/SsDFkYHv/024416.png

同時背面部分我也使用了全面性的鋪地並盡可能地保留的地平面完整性可以最大程度的降低耦合而FB反饋線也盡可能去避開電感下方這種高汙染區域直接在背面用過孔繞過電感打到輸出電容並用GND對這種敏感線進行包裹處裡另外還有一些經驗上的小訣竅分享給大家 FB網路盡可能靠近芯片放置採樣點盡可能選在輸出電容附近反饋線不要經過電感等大干擾元件非全封閉電感下方不要鋪銅去耦電容不要超過引腳40mil 輸出電容盡可能靠近電感Vout端與PGND 高dv/dt節點面積小(SW的鋪銅) 高di/dt環路面積要小(VIN) 大電流走線粗 PGND AGND不可互相侵犯必要時分割地平面盡可能保持完整地平面任何DCDC電路最最最重要最需要保護的就是FB網路請不惜一切代價的保護它 ---------- Layout相關的Gerber檔我上傳到GitHub了 https://reurl.cc/ppLGad BOM如下： https://i.postimg.cc/qRW3jwGw/052452.png

非特殊用途建議可以使用便宜點的廠家就行了圖中都是頂級的廠家真的是非常非常貴... 將這檔案直接交給台灣或淘寶的洗版廠就能直接打印出來了一片大約50元不到有興趣的可以印出來自己玩玩看背面我印上了貓爪跟我的名子此檔案只供測試、教學或自用禁止拿去交作業與商用如果有學生拿去交作業報告的再麻煩老師直接當掉他就行了ㄏㄏ想要商用還是交作業那類的你可以把我的名子跟貓爪去掉抄板不要直接印出來用基本就沒什麼問題了畢竟畫電路就像跑步游泳一樣還不就你做什麼他做什麼照抄也不見得做得好 https://i.postimg.cc/MTqTTRHd/031526.png

--------------------------------------------------------- 然後就是成品了 https://i.postimg.cc/bJc62Yf0/331170.jpg

把DCDC模組接上USB板放在IP67以上的防水盒外面再用IP67以上的USB面板接到車殼上即可 https://i.postimg.cc/8CK6qtwx/331171.jpg

https://i.postimg.cc/ht3PLjsj/052851.png

這部分方法很多就自己多多發揮創意了 USB的部分把D+D-短路掉即可變成DCP協議輸出5V2A 短路前 https://i.postimg.cc/wjt8XBZG/331172-0.jpg

使用鑷子短路後協議就產生了 https://i.postimg.cc/mDy0L11T/331173-0.jpg

接下來我們就能來進行殘酷擂台究竟是市售的USB充電器比較優質還是自製的USB模組比較優質了測試環境： https://i.postimg.cc/26029QBH/331174-0.jpg

https://i.postimg.cc/D0m59Srk/331175-0.jpg

首先是輸出測試分別是12V 13V 14V 負載0.2A的電壓輸出 12V https://i.postimg.cc/43kfnty1/331176-0.jpg

13V https://i.postimg.cc/26TrHKwP/331177-0.jpg

14V https://i.postimg.cc/nVRnBNMp/331178-0.jpg

基本上可以看到非常穩定的在5.030V輸出接下來是負載2.1A下的電壓輸出 12V https://i.postimg.cc/DyTRWgP0/331179-0.jpg

13V https://i.postimg.cc/bJnFrDGx/331180-0.jpg

14V https://i.postimg.cc/gjqSyCHP/331181-0.jpg

基本在5.030V~5.035V之間跳動精度極高 --------- 接下來是紋波測試分別測試0.2A 2.1A時的狀況 0.2A https://i.postimg.cc/GhfY7Mg4/Screen-Img3.png

2.1A https://i.postimg.cc/gjCzR6sB/ying-mu-xie-qu-hua-mian-2026-04-03-040054.png

基本紋波都能達到20mV以內甚至比原廠手冊內部做出來的還要低算是相當強悍的性能了 -------- 接下來是動態負載我的測試條件是 Iout 0.5A-2A Slew rate2.5A/us T1-T2 0.5ms(1kHz) https://i.postimg.cc/Y0W4J7sj/041341.png

大約是326mV左右這個數值雖然說也是比原廠做出來的還低但我覺得還是有點偏大實屬可惜我另外做了性能比較強悍的MP2236模塊當作對比 https://i.postimg.cc/kgb9rc91/42017.png

基本是連70mV都不到無奈MP2236耐壓只有20V 對於車用電子來說一個突波可能都會要了他的命但日常生活中實在也不太可能有如此極端的動態負載環境就是我測試了一下日前那款感人的廉價USB車充 https://i.postimg.cc/Jznxt6ty/331182.jpg

https://i.postimg.cc/FRcDNYzC/042559.png

直接幹到2V了都= = 這是怎樣 --------- 再來是溫度持續的2A輸出室溫28度下 https://i.postimg.cc/QCc8QJt2/331184.jpg

溫度大約落在57度左右這溫度表現還是不錯的因為我在Layout時刻意在芯片底下鋪了銅 https://i.postimg.cc/hPrgKj7d/043708.png

很大程度優化了PCB導熱效率不佳的問題 --------- 最後是上電波型主要是不能有過充不能有震盪不能有上升太慢或太快的情況發生 https://i.postimg.cc/vTvBRvsn/044232.png

這波型基本還是蠻漂亮的判定pass ----------------------------------------------------------------- 最後成為電子DIY愛好者並不難電子只是其次愛好才是堅持到最後的關鍵電子DIY最好玩的地方有兩個 1.只要不碰鋰電與市電基本都是隨便亂搞故意惡搞都不會有危險 (但納悶的是大家反而很愛去搞最危險的鋰電= =) 2.新手說的不一定錯高手說的也不一定對有時候最直覺的想法才是完整一個電路的關鍵點最重要的就是實踐很多人讀了一堆書手上卻連個設備甚至萬用錶都沒有那基本不可能能夠學會什麼東西但只要願意動手實踐哪怕是做錯了其實也花不到什麼錢整套DCDC買個大陸零件可能100元有找而從中得到的知識與經驗卻是無限且無價的那如果一開始真的做不出來也沒關係先從電子材料行購買成套模組也行 https://i.postimg.cc/wTX6G2V9/331185.jpg

通常這種成套模組也都有教程價格也都不貴買來先做出成品爽一波再說然後再來迭代學習慢慢研究與優化這反而比起拿書死嗑要學得快多了真心不騙這系列大概率會有上中下三集下一集會改成具有升降壓版本以及快充協議的USB充電模組最後一集會統整所有Layout上的技巧包含信號完整性電源完整性迴路穩定性等等但更新速度會稍微慢一點畢竟做一套電路包含測試與研究改善等等大概一個月就沒了 QQ 在這之前大家就先玩玩這個5V2A的USB小車充吧以上謝謝大家 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 111.255.192.84 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/biker/M.1775167166.A.321.html ※ 編輯: nowitzkixd (111.255.192.84 臺灣), 04/03/2026 06:20:19

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roiop710

04/03 07:19, 1小時前 , 1^F

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blue1234

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blue1234

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