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【原创DIY】采用PD协议最高功率45W的准谐振适配器

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超级版主
  • 2018-3-20 11:11:45
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 45WPCB 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 IPD70R600P7SRdson=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 5V9V12V15V20V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
image002.jpg
image003.jpg
2.1  样机实物图


2.2 接线说明
QQ图片20180320093146.png
2.2  接线说明


3
.规格说明
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

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


4.1 测试设备
名称型号厂家
AC 源6512Chroma
DC 电子负载63103AChroma
波器DPO5054BTektronix
功率计WT300EYokogawa

4.1待机功耗


4.2 待机功耗
输入电压90V115V230V265V
待机功率(W)0.050.0530.0730.083


微信图片_20180320095552.png
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 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 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 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 ηAVG  > 88.85%,η10%   > 82.3%


微信图片_20180320095938.png
微信图片_20180320095945.png
4.2  效率曲线


4.3纹波电压


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=225mvMin_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

4.4 各输出电压 OCP
Vin90V/60Hz115V/60Hz230V/50Hz265V/50Hz
5V 3.583.573.573.55
9V3.573.553.543.55
12V3.573.553.553.55
15V3.173.373.553.55
Max_OCP=3.58AMin_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:测试条件为短副边光耦,测试输出压最大值,测试结果空载、半载、满载取其最大值。

4.6开关管应力



4.6 265V 输入时各输出电压开关管应力
VinVds_Q5Vds_Q2
5V47869.6
9V51472.8
12V54274.4
15V56676.8
备注原边MOS副边同步整流MOS


5.PCB Layout
image005.jpg image004.jpg
Layer
image007.png image006.png
丝印层
image009.png image008.png
6.原理图
image010.jpg


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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