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【英飞凌DIY】30W的多路输出USB充电器方案5V6A

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归来
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助理工程师
  • 2015-3-17 21:04:06
一、项目需求
现在很多家庭有多台手机、MID和移动设备,采用多USB口的充电器可减少电源插口的占用,有较大的市场需求,30W的多路输出USB充电器方案可满足3到5个USB充电输出端口的应用。
二、电源规格
1、输入电压:90V~264Vac
2、输出电压:恒压5V@6A(多路输出USB端口采用独立的恒流限流开关,比如AP1621系列,不在此方案内)
3、目标效率大于88%
4、空载功耗小于100mW
三、电源电路方案考虑

1、30W采用采用单端反激主拓扑结构
2、输出电压为5V,电压较低,输出电流为6A,电流较大,为了提高效率,输出采用同步整流方案。
3、为了配合输出同步整流,原边采用电流临界连续的准谐振控制方式。
如果采用定频PWM方式,由于可能工作在电流连续模式,需要添加原副边MOSFET驱动的死区,电路稍复杂。
4、原边控制IC选择,英飞凌提供了准谐振控制器ICE2QS03G,可以外加COOLMOS实现分立的电路方案,英飞凌还有集成了QR控制器和MOS的CoolSET系列。两种方案都可以,考虑到实际应用的体积较小,因此采用了ICE2Q0665的COOLSET来实现。
5、副边同步整流方案,可以采用专用的同步整流控制IC,比如第三方ON的NCP430X系列,但NCP430X的供电电压是针对12V以上的应用的,5V的输出时需要单独的供电绕组,电路稍显复杂,同时考虑到成本的压力,因此可以选用分立的电流控制的同步整流方式。同步整流MOSFET采用的是提供的样品BSC067N06LS3
6、输入EMI电路考虑,采用整流后的Л型滤波,也就是两个电解电容的一个共模电感,这个样可以省掉输入X电容的放电电阻,减小空载功耗,同时也可以减小流过电感的电流有效值,可明显提高低压输入时的效率。
7、输出滤波电路,由于输出的电流较大,考虑到体积和效率要求,采用两个1000uF6.3V的固态电容,为了减小输出电压的纹波,输出加入了LC滤波网络,后级采用普通电解电容。
8、变压器采用PQ2016或RM8磁芯
四、电源电路原理图



五、电源PCB板设计
单面板 40mm X 75mm
PCB 设计考虑:
1、尽可能减小三个高频电流环路的面积
2、尽可能减小高压高频动点的面积
3、原副边跨接Y电容接到最贴近变压器的原边和副边静点
4、增加原副边静点的铜箔面积,吸收空间噪声耦合,同时增加了PCB的含铜量,有利于散热
5、接地考虑,原边光耦反馈地线避免高频电流,IC外围解耦元件靠近IC
6、输出电压采样点靠近输出端口,采样分压电阻等外围电路靠近TL431
7、PCB铜厚1oz,输出大电流回路需要阻焊开窗。
















六、电源外观

无散器设计






七、关键波形



























八、测试数据









八、总结
1、从测试的温升数据来看,ICE2Q0665完全能满足30W的输出要求。 2、采用分立的电流控制同步整流可显著提高整机的效率。
3、输入缓启动NTC(热敏电阻)对低压输入满载的效率影响比较明显。
4、温度最高的器件是输出的同步整流MOSFET,如果采用更低导通电阻的MOSFET,或采用两个MOSFET并联,可进一步提高效率,降低温度。
5、原边的辅助供电电路需要优化,由于是5V低压输出变压器漏感较大,原边辅助供电电压变化较大(空载到满载),改进后参考电路如下:



九、后记
最后发一张实验场景,记录一下,打完收功。

世纪电源网-小王
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管理员
  • 2015-3-18 13:36:46
 
用的DIY 芯片和MOS,吗
归来
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  • 2015-3-18 14:25:27
 
副边的同步整流MOSFET采用的是提供的BSC067N06LS3样品呀。
本来打算原边用的是寄来的样品ICE2QS03G+COOLMOS的,后来因为体积要求较小,又同infineon原厂商量了,申请的ICE2QR0665,就是把控制器和MOS集成起来了,原理是一样的。
hwx-555
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  • 2015-3-20 14:17:53
 
分立件同步整流方式可靠性怎樣
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  • 2015-3-21 10:29:02
 
1、感测电流模式的可靠性很好的,因为他是检测同步整流MOS的电流然后进行实时控制的。
2、而采用专用控制IC,因为检测的是MOS两端的电压,一般都会有最小开通时间的设置,这反而导致有原副边MOS同时开通的可能,尤其是在反激拓扑进行浪涌和雷击测试中容易出现。

hwx-555
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总工程师
  • 2015-3-21 11:48:41
 
要做个5V5A的案子,正为同步疑难,同步整流这部份是否可供鉴用下。
归来
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  • 2015-3-23 09:44:26
 
等这版调试好了就可以分享一下,谢谢。
huang00134042
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  • 2017-11-16 15:17:35
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有做过批量生产了吗?
musyer
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  • 2015-4-21 09:39:01
 
我是做固态电容的,你做5V5A的肯定是会用到固态电容的。就像楼主也用的是固态电容。
如果需要的话,可以联系我的QQ 407978090
lclbf
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  • 2015-3-23 10:10:59
 
好东西,学习了!
wadelin
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高级工程师
  • 2015-3-31 22:36:09
 
看得出楼主强大的实力啊。。。很显职业,所有项目都列的很清楚,向楼主学习。弱弱问句,这个方案搞定了吗?是不是到时候发点福利呢?
归来
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  • 2015-4-3 11:00:03
 
样机已经寄出了。
Infineon_Leo
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  • 2015-4-7 13:33:34
 
恭喜!
lq520yxh520
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  • 2015-4-20 17:19:58
 
能申请这个IC不,大概价位多少钱了,最好在2块人民币以下,这样量产有优势,我邮箱:1040947928@qq.com
fanyucheng12345
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副总工程师
  • 2015-7-20 15:13:42
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2元有点不太可能吧,英飞凌的东西在我的印象中一向挺贵
wg249395523
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  • 2015-4-6 00:01:59
 
30W不需要散热器,内置MOS?也太强大了
tanb006
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实习版主
  • 2015-7-21 19:23:15
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MOS的导通电阻做小点,其实没多少损耗的。
jiekou514
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  • 2015-4-16 13:13:35
 
楼主,能讲解下同步整流驱动电路,那一个小电感及那三个三极管的工作原理吗?
归来
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  • 2015-4-20 10:55:12
 
这个不是小电感,是电流互感器,检测同步整流MOSFET中的电流的。
Q3和Q4构成了图腾柱的驱动电路,Q2是将电流互感器检测出的小电压信号放大。
tang490116827
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高级工程师
  • 2015-4-20 15:49:46
 
简直是教材了
lq520yxh520
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助理工程师
  • 2015-4-20 17:19:15
 
能申请这个IC不,大概价位多少钱了,最好在2块人民币以下,这样量产有优势,我邮箱:1040947928@qq.com

归来
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  • 2015-4-20 20:34:01
 
当然可以了,我的邮箱是 preston.zhu@thinkchip.cn 欢迎和我联系。
yanlingzhen01
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本网技师
  • 2015-4-24 15:28:10
 
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归来
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助理工程师
  • 2015-4-30 21:09:35
 
这个地方找的好
归来
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  • 2015-4-20 20:35:02
 
多谢夸奖,您的鼓励是我们前进的动力。
gxg1122
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  • 2015-4-29 12:57:28
 
楼主的测试效率还可以啊。给的测试参数及波形很详细!学习了。。。
xuliang3242
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高级工程师
  • 2015-4-28 15:33:12
 
设计做的很认真,分析也很详细,支持!
huanying
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LV6
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  • 2015-4-30 09:52:11
 
USB充电,usb线能跑那么大的电流吗???
归来
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  • 2015-4-30 21:08:01
 
是多路输出的,每一路需要有独立的USB限流开关的。
归来
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  • 2015-4-30 21:08:57
 
多谢
cuncaosheng
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高级工程师
  • 2015-5-11 15:55:48
 
楼主,次级同步整流你说的电流互感器,是一个共模电感不?
hwx-555
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总工程师
  • 2015-5-12 11:14:55
 
低压效率似乎不太高,
归来
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助理工程师
  • 2015-5-13 09:24:02
 
是的,这和输入端口的NTC有关,低压时损耗有些大。
变压器原边的线径有一点细,也要加粗一些。
xiesiyizhu
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高级工程师
  • 2015-5-12 12:43:41
 
DEMO板资料有吗
归来
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  • 2015-5-13 09:24:37
 
有的呀,怎么联系您?
fanyucheng12345
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  • 2015-6-8 10:47:02
 
你这个变压器能过安规吗?是不是加了挡墙?
归来
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LV3
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  • 2015-6-8 21:48:06
 
你好,一般是用三重绝缘线绕副边的,挡墙太占空间了。
limy1982
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本网技师
  • 2015-7-6 21:08:22
 
楼主,请将DEMO的资料发到el6@kingpower-tech.com邮箱,我们刚好有这样的案子要做,谢谢了!
归来
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  • 2015-7-8 12:50:24
 
好的,谢谢
zcq11098
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  • 2015-7-18 14:10:52
 
同求一份资料 ZCQ11098@126.COM 谢谢!
daseazqh
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本网技师
  • 2015-7-20 16:37:57
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楼主,你好,能否帮忙发一份DEMO资料给我学习一下,da_sea@163.com 谢谢!
tanb006
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实习版主
  • 2015-7-21 19:21:19
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如果不是用固态电容,单单两个1000微法是不够的。
我也做过类似的,3.6V6A的电源,次级三只1000微法6.3V的高频铝电解都到了75度。
如果就两个的话,电解温度超85度了。
看你这成本并不低啊。
lyh0739
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LV6
高级工程师
  • 2015-8-15 23:52:53
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求您这份DEMO资料,lyhglegend@126.com 多谢。
zhangning029
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LV6
高级工程师
  • 2015-8-23 15:25:37
  • 倒数5
 
楼主很厉害,我正要学习同步整流技术,觉得输出大电流的时候必须要用的!楼主可否发一份电路图给我一下,602629429@qq.com 谢了
hpzax
  • hpzax
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副总工程师
  • 2015-11-5 11:32:45
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求您这份DEMO资料,hpzax@163.com 多谢。
xiaomifeng1
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本网技工
  • 2016-4-15 22:31:56
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求您这份DEMO资料  1105438728@qq.com
一线光辉
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初级工程师
  • 2016-5-3 15:49:50
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求您的DEMO资料  1187244115@qq.com,谢谢
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