PD45W 准谐振适配器设计
1．简介
本文档介绍一款 PD协议适配器，本方案具有以下特性：
l 最高功率 45W，PCB 尺寸 66.2mm*37.7mm；
l 高效率（满足 CoC V5 Tier2 能效要求）
l 低漏电流（<30μA @230V/50Hz）
1.1 EMI 滤波及输入防护为满足输出接地要求，输入采用两级 EMI 滤波电路。第一级共模电感采用镍锌材质磁环，感量为 uH 级别，主要用于抑制辐射 EMI；第二级共模电感为锰锌材质，感量为 mH 级别，主要用于输出接地 EMI 共模滤波。
1.2原边控制方案
原边控制方案采用 Infineon ICE2QS03G 准谐振 IC，该 IC集成高压启动，有助于降低空载损耗并实现快速启动；通过辅助绕组电压检测可实现谷底开通功能，并能根据输入电压变化进行功率补偿，实现频率反走功能，提高了系统的平均效率。
原边功率开关管采用 Infineon 高压贴片 MOS IPD70R600P7S，Rdson=0.6 W ，
Qg_typ=10.5nC，封装采用 TO-252，有助于实现无散热设计。
1.3副边控制方案
副边同步整流采用 Infineon控制 IC IR1161，供电范围 4.75~18V 有助于 15V输出范围内电源设计。SOT23-5 封装，外部电路非常简洁。副边同步整流 MOS 型号为 Infineon BSC098N10NS5，可满足 45W 功率输出。
PD协议输出依靠 LDR6032 芯片，该 IC可实现 5V、9V、12V、15V、20V输出，默认输出限流 3A。
2.使用说明
样机实物和接线说明分别如图 2.1和 2.2，图 2.2 红色线框内为高压带电部分， 操作时注意安全，切勿触摸。
2.1 实物照片
图 2.1 样机实物图
2.2 接线说明
3.规格说明
表 3.1 输入规格
符号
| 描述
| 规格参数
| 测试条件
| Vin
Iin
Fin
Pin（空载）
| 输入电压
输入电流
输入频率
空载输入功率
| 90~265V
<1.3A
47Hz~63Hz
<75mW
|
230V 输入 |
表 3.2 输出规格
| 符号 | 描述 | 规格参数 | 测试条件 | | Vo | 输出电压 | 5V、9V、12V、15V |
| | Io | 输出电流 | 0-3A | 全范围输入 | | Vovp | 输出过压保护点 | <18V | 任意单点失效模式 | | OCP | 输出过流保护点 | >3.15A | 全范围输入 | | Vripple | 输出纹波电压 | <250mVpp | 板端测试，并联 1uF 陶瓷电、容+0.1uF 瓷片电容，设置带 宽 20MHz | | havg | 平均效率 | >90% | 115V/60Hz 或 230V/50Hz板端满载测试 | | Trise | 输出上升时间 | <30ms | |
4.测试报告
表 4.1 测试设备
| 名称 | 型号 | 厂家 | | AC 源 | 6512 | Chroma | | DC 电子负载 | 63103A | Chroma | | 波器 | DPO5054B | Tektronix | | 功率计 | WT300E | Yokogawa |
4.1待机功耗
表 4.2 待机功耗
| 输入电压 | 90V | 115V | 230V | 265V | | 待机功率(W) | 0.05 | 0.053 | 0.073 | 0.083 |
图 4.1 待机功耗
4.2效率测试（板端测试）
5V3A
输入条件
| 平均效率
| Io=0.75A
| Io=1.5A
| Io=2.25A
| Io=3A
| Io=0.3A
| 115V/60Hz
| 89.27%
| 88.60%
| 89.93%
| 89.32%
| 89.23%
| 87.74%
| 230V/50Hz
| 88.71%
| 87.67%
| 88.62%
| 89.24%
| 89.30%
| 85.52%
|
备注：COC V5 Tier2 要求ηAVG > 81.84%,η10% > 72.48%
9V3A
|
| 输入条件
| 平均效率
| Io=0.75A
| Io=1.5A
| Io=2.25A
| Io=3A
| Io=0.3A
| 115V/60Hz
| 90.76%
| 89.90%
| 91.05%
| 91.13%
| 90.95%
| 88.80%
| 230V/50Hz
| 90.31%
| 87.50%
| 90.81%
| 91.38%
| 91.54%
| 87.02%
|
备注：COC V5 Tier2 要求ηAVG > 87.3%,η10% > 78.68%
12V3A
|
| 输入条件
| 平均效率
| Io=0.75A
| Io=1.5A
| Io=2.25A
| Io=3A
| Io=0.3A
| 115V/60Hz
| 90.94%
| 90.06%
| 91.20%
| 91.40%
| 91.09%
| 84.31%
| 230V/50Hz
| 90.92%
| 88.38%
| 91.35%
| 91.87%
| 92.06%
| 85.62%
|
备注：COC V5 Tier2 要求ηAVG > 88.3%,η10% > 80.72%
15V3A
|
| 输入条件
| 平均效率
| Io=0.75A
| Io=1.5A
| Io=2.25A
| Io=3A
| Io=0.3A
| 115V/60Hz
| 90.94%
| 90%
| 91.20%
| 91.51%
| 91.01%
| 86.77
| 230V/50Hz
| 91.15%
| 88.85%
| 91.40%
| 92.07%
| 92.29%
| 86.48%
|
备注：COC V5 Tier2 要求ηAVG > 88.85%,η10% > 82.3%
图 4.2 效率曲线
4.3纹波电压
表 4.3 输出纹波电压
| | Vin | 90 115 230 265 | | 5V | 空载(mv) | 122 125 146 138 | burst-off(mv) | 195 194 215 225 | 满载(mv) | 96 97 90 118
| | 9V | 空载(mv) | 120 125 139 135 | burst-off(mv) | 150 155 173 170 | 满载(mv) | 123 106 86 95 | | 12V | 空载(mv) | 123 130 140 135 | burst-off(mv) | 140 140 155 155 | 满载(mv) | 150 123 87 88 | | 15V | 空载(mv) | 123 123 132 128 | burst-off(mv) | 130 133 145 150 | 满载(mv) | 185 138 98 100 |
Max_Vripple=225mv；Min_Vripple=87mv
备注：Burst-off 代表负载由空载增加到 burst 退出点纹波电压，测试条件为 板端测试，加 1uF 陶瓷电容+0.1uF 瓷片电容。
4.4 OCP
表 4.4 各输出电压 OCP
| Vin | 90V/60Hz | 115V/60Hz | 230V/50Hz | 265V/50Hz | | 5V | 3.58 | 3.57 | 3.57 | 3.55 | | 9V | 3.57 | 3.55 | 3.54 | 3.55 | | 12V | 3.57 | 3.55 | 3.55 | 3.55 | | 15V | 3.17 | 3.37 | 3.55 | 3.55 |
Max_OCP=3.58A；Min_OCP=3.17A
4.5OVP
| Vin | 90V/60Hz | 115V/60Hz | 230V/50Hz | 265V/50Hz | | 5V | 17.7 | 17.7 | 17.7 | 17.7 | | 9V | 17.7 | 17.7 | 17.7 | 17.7 | | 12V | 17.7 | 17.68 | 17.7 | 17.7 | | 15V | 17.7 | 17.7 | 17.7 | 17.7 |
备注：测试条件为短路副边光耦，测试输出电压最大值，测试结果为空载、半载、满载取其最大值。
4.6开关管应力
表 4.6 265V 输入时各输出电压开关管应力
| Vin | Vds_Q5 | Vds_Q2 | | 5V | 478 | 69.6 | | 9V | 514 | 72.8 | | 12V | 542 | 74.4 | | 15V | 566 | 76.8 | | 备注 | 原边MOS | 副边同步整流MOS |
5.PCB Layout
Layer
丝印层
6.原理图
文章出自英飞凌•第三届电源产品方案DIY 设计大赛 |
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