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【原创DIY】便携式高效 45W 20V 适配器(平面变压器)

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世纪电源网-恬恬
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  • 2018-3-16 10:09:27
高功率密度45W PD适配器设计(平面变压器)设计

1.简介
此篇文档为便携式高效 45W 20V 适配器报告文档。适配器选用 Infineon 的第 二代电流模式 QR  Flyback 控制器 ICE2QS03G,主功率开关管采用 Infineon 第 7 代 CoolMOS IPL60R185P7,该 MOS 采用超薄封装(ThinPAK 8×8) 可以有效减 小适配器体积,较小的 Rds(on)×Qg(185mΩ×25nC)可有效减小 MOS 损耗。本设 计的最显著特点就是体积小,效率高。
2.使用说明
左侧红蓝线为输入 L 和 N 线,右侧红黑线为输出正和负。
(a)正面                                                                                                 (b)反面
image002.jpg     image003.jpg
图 1 45W 适配器图片

3.规格说明
输入参数:AC 85-265Vac ~ 50/60Hz 输出参数:DC 20V/2.25A 保护功能:输出过压保护,输出过流保护,过温保护 输出纹波:<50mV
待机损耗:<100mW 效率:最高效率≥93% 体积(长×宽×高):48mm*37mm*21mm 功率密度:1.206W/cm3

4.测试报告

4.1  效率、调整率及纹波测试
  
  
Vin
  
  
  
(Vac/Hz)
  
  
  
  Pin(W)
  
  
  
  Iout(A)
  
  
  
  Vout(V)
  
  
  
  Pout(W)
  
  
  
Vout_PP
  
  
  
(mV)
  
  
  
  η(%)
  
  
  
Avg. η
  
  
  
(%)
  
  
  
  
  
  
  
  
  110Vac
  
  
  /60Hz
  
  
  0.23
  
  
  0.00
  
  
  
  
  
  
  
  22.70
  
  
  
  
  
  
  
  
  5.83
  
  
  0.23
  
  
  20.04
  
  
  4.609
  
  
  11.30
  
  
  79.06%
  
  
  
  
  
  12.70
  
  
  0.56
  
  
  20.04
  
  
  11.222
  
  
  17.50
  
  
  88.36%
  
  
  
  
  
  
  90.82%
  
  
  24.86
  
  
  1.13
  
  
  20.04
  
  
  22.645
  
  
  25.10
  
  
  91.09%
  
  
  36.82
  
  
  1.69
  
  
  20.04
  
  
  33.868
  
  
  29.50
  
  
  91.98%
  
  
  49.10
  
  
  2.25
  
  
  20.04
  
  
  45.090
  
  
  39.40
  
  
  91.83%
  
  
  
  
  
  
  
  
  220Vac
  
  
  /50Hz
  
  
  0.43
  
  
  0.00
  
  
  20.06
  
  
  
  
  
  23.90
  
  
  
  
  
  
  
  
  6.06
  
  
  0.23
  
  
  20.05
  
  
  4.612
  
  
  21.50
  
  
  76.11%
  
  
  
  
  
  13.22
  
  
  0.56
  
  
  20.05
  
  
  11.228
  
  
  19.10
  
  
  84.93%
  
  
  
  
  
  
  90.29%
  
  
  25.00
  
  
  1.13
  
  
  20.05
  
  
  22.657
  
  
  22.10
  
  
  90.63%
  
  
  36.63
  
  
  1.69
  
  
  20.05
  
  
  33.885
  
  
  23.10
  
  
  92.51%
  
  
  48.45
  
  
  2.25
  
  
  20.04
  
  
  45.090
  
  
  30.20
  
  
  93.07%
  
  
  
  
  
  
  
  
  265Vac
  
  
  /50Hz
  
  
  0.43
  
  
  0.00
  
  
  20.06
  
  
  
  
  
  25.30
  
  
  
  
  
  
  
  
  6.34
  
  
  0.23
  
  
  20.05
  
  
  4.612
  
  
  25.70
  
  
  72.74%
  
  
  
  
  
  13.33
  
  
  0.56
  
  
  20.05
  
  
  11.228
  
  
  24.10
  
  
  84.23%
  
  
  
  
  
  
  90.00%
  
  
  25.30
  
  
  1.13
  
  
  20.05
  
  
  22.657
  
  
  33.80
  
  
  89.55%
  
  
  36.80
  
  
  1.69
  
  
  20.04
  
  
  33.868
  
  
  35.40
  
  
  92.03%
  
  
  48.50
  
  
  2.25
  
  
  20.04
  
  
  45.090
  
  
  40.20
  
  
  92.97%
  

4.1.1  效率 VS 输入电压
image004.png
图 2 不同输入电压下效率
最大效率ηmax=93.07% @ 220Vac/50Hz& 2.25A.
4.1.2  负载调整率
image005.png
图3不同输入电压下负载调整率

4.1.3  线路调整率
image006.png

4.2  测试波形图

4.2.1  启动延迟时间
   image007.jpg

  
   image008.jpg
  
  Ch1(黄色):输入电压(Vin)
  Ch2(绿色):输出电压(Vout)
  
  Ch1(黄色):输入电压(Vin)
  Ch2(绿色):输出电压(Vout)
  
  启动时间@110Vac&满载=188ms
  
  启动时间@265Vac&满载=170ms

4.2.2  输出上升时间
   image009.png
  
   image010.png
  
  Ch2(绿色):输出电压(Vout)
  
  Ch2(绿色):输出电压(Vout)
  
  上升时间@110Vac&满载=19ms
  
  上升时间@265Vac&满载=17ms
  

4.2.3  启动原边 MOS DS 波形
   QQ图片20180316092626.png
  
   image012.jpg
  
  Ch3(蓝色):主 MOS 漏极电压(VDrain)
  
  Ch3(蓝色):主 MOS 漏极电压(VDrain)
  
  110Vac      :VDrain_pk=337V
  
  265Vac      :VDrain_pk=514V
  

4.2.4  关断延迟时间
   image013.jpg

  
   image014.jpg
  
  Ch1(黄色):输入电压(Vin)
  Ch2(绿色):输出电压(Vout)
  
  Ch1(黄色):输入电压(Vin)
  Ch2(绿色):输出电压(Vout)
  
  关断时间@110Vac&满载=22ms
  
  关断时间@265Vac&满载=234ms
  

4.2.5  负载跳变波形
   image015.jpg
  
   image016.jpg

  
  Ch1(黄色):输出电压纹波(Vripple) Ch4(紫色):负载电流(Iout)
  
  Ch1(黄色):输出电压纹波(Vripple) Ch4(紫色):负载电流(Iout)
  
  110Vac, Io=0.0A 1.png 2.25A,  1.5A/us
  Vripple_pp=274mV(探头@20MHz)
  
  265Vac, Io=0.0A 1.png 2.25A, 1.5A/us
  Vripple_pp=271mV(探头@20MHz)
  

4.2.6  满载输出电压纹波
   image017.jpg

  
   image018.jpg

  
  Ch1(黄色):输出电压纹波(Vripple)
  
  Ch1(黄色):输出电压纹波(Vripple)
  
  110Vac :Vripple=40mV(@20MHz)
  
  265Vac :Vripple=29.3mV(@20MHz)
  

4.2.7  空载输出电压纹波
   image019.jpg

  
   image020.jpg

  
  Ch1(黄色):输出电压纹波(Vripple)
  
  Ch1(黄色):输出电压纹波(Vripple)
  
  110Vac :Vripple=31.8mV(@20MHz)
  
  265Vac :Vripple=25.3mV(@20MHz)
  

4.3  热成像测试

表 1 热测试器件温度
  
  No.
  
  
  
器件
  
  110Vac/60Hz
  45W load(℃)
  
  265Vac/50Hz
  45W load(℃)
  
  
1
  
  原边 MOS Q1(IPL60R185P7)
  
  
80.9
  
  
80
  
  
2
  
  副边 MOS Q2(BSZ0804LS)
  
  
84
  
  
78.5
  
  
3
  
  变压器 T1
  
  
92.5
  
  
91
  
  
4
  
  整流管(BD1-BD4)(max ℃)
  
  
88.3
  
  
68.5
  
  
5
  
  RCD 吸收二极管(D2A, D2B)(max ℃)
  
  
84.4
  
  
80.1
  
  
6
  
  输入滤波电容 C1
  
  
63
  
  
57.2
  
  
7
  
  环境温度
  
  
25
  
  
25

   image021.jpg

  
   QQ图片20180316094319.png
  
  
PCB 正面, 110Vac/60Hz@满载
  
(25℃工作  30 分钟)
  
  
PCB 正面, 265Vac/60Hz@满载
  
(25℃工作  30 分钟)
  
   image023.jpg
  
   image024.jpg
  
  
PCB 背面, 110Vac/60Hz@满载
  
(25℃工作  30 分钟)
  
  
PCB 背面, 265Vac/60Hz@满载
  
(25℃工作  30 分钟)
  
图245 适配器热测试图像

5.PCB Layout
image025.jpg image026.jpg
图 3 PCB 顶层布线及丝印
image027.jpg image028.jpg
图 4 PCB 底层布线及丝印
image029.png
图545W 适配器 3D 模型

6.原理图
112641wzxscsip8kvvaaxk.png.thumb.jpg

图645W 适配器原理图




文章出自英飞凌•第三届电源产品方案DIY 设计大赛


llssr
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  • 2018-4-16 08:23:02
  • 倒数6
 
PD确实不错,直接充电脑,和手机     版主,可否提供下你的3D封装,看着很漂亮
花儿
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本网技工
  • 2018-4-26 12:04:25
  • 倒数5
 
没看懂,看了个稀里糊涂的,
沃润半导体
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本网技工
  • 2018-4-26 16:19:20
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lwp766
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学习下方法,感谢
张钦茗
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本网技师
  • 2018-5-29 09:09:03
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效率93%是带线测试的,还是板端?功率密度1.2W/cm3是不包括胶壳体积吧。温度数据有没有外壳呢?没看到英飞凌有什么特殊搞效率的地方啊?就那个贴片MOS?
雨后阳光
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