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【原创DIY】超小体积的 PD 协议适配器

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世纪电源网-恬恬
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超级版主
  • 2018-3-27 11:47:49
1.设计简介
本文介绍了一款输出功率 45W 的 PD 协议适配器。本方案具有以下特性:
•  超小体积(PCBA 尺寸 62*30*20mm)
•  满足 PD2.0 协议要求的多电压输出(5/9/12/15/20)
•  精准的限流保护(全输入全输出电压范围<±5%)
•  极低的待机功耗(全输入范围<75mW)

1.1 EMI 滤波及输入防护
为满足输出接地要求,本方案采用两级 EMI 滤波电路。前级共模电感为低感 量镍锌材质,用于辐射 EMI 共模滤波,后级共模电感为高感量锰锌材质,一方面 用于输出接地时传导 EMI 共模滤波,另一方面其漏感与 X 电容用于差模滤波。
1.1 EMI 滤波及输入防护
为满足输出接地要求,本方案采用两级 EMI 滤波电路。前级共模电感为低感 量镍锌材质,用于辐射 EMI 共模滤波,后级共模电感为高感量锰锌材质,一方面 用于输出接地时传导 EMI 共模滤波,另一方面其漏感与 X 电容用于差模滤波。
1.3 副边控制方案

副边控制器采用 Richtek 集成同步整流控制及协议控制的 RT7207,同步整流 管采用英飞凌 DFN5*6 封装的 BSC093N15NS5,输出 Vbus 开关采用英飞凌 DFN3*3 封装的 P 沟道 MOSFET BSZ086P03NS3。
RT7207 采用伏秒平衡原理计算同步整流开通时间,同时根据原边最高开关频
率限定原边开通到同步整流关断的时间,确保变换器可以可靠地工作在 CCM、
DCM 和 AZVS 三种模式。

2.原理图
image002.jpg
3.使用说明

3.1 实物图
样板实物图如图 3.1 所示。
image003.jpg
image004.jpg
image005.jpg
图 3.1  样板实物图

2.2 接线说明

图 2.2 为 AC 输入接线示意图,红色虚线框内为带电部分,操作时请注意安全, 切勿触摸。每次 AC 断电后,需通过安全的方式对 C3 放电,防止 C3 残留电量造 成人体不适以及样板损坏。输出为 TYPE C 端子,通过匹配的线缆为笔记本电脑或 手机供电。
image006.jpg

4规格说明

4.1  输入规格
  
符号
  
描述
规格参数
测试条件

  
Vin
输入电压

  
90V~265V


  
Iin
输入电流

  
<1.3A


  
fin
输入频率

  
47Hz~63Hz


  
Pin(noload)
空载输入功率

  
<75mW
Vin=230V,fin=50Hz

4.2  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/20V


  
  
Io

  
输出电流

  
0-3A@5V/9V/12V/15V


  
0-2.25A@20V

  
Vo_max
输出过压保护点

  
<1.4 Vo
任意单点失效模式

  
  
Io(limit)

  
输出过流保护点

  
3-3.3A@5V/9V/12V/15V


  
2.25-2.5A@20V

  
/
源调整率

  
<1%


  
/
负载调整率

  
<1%


  
tdelay
开机延迟时间

  
<2s


  
triseup
输出上升时间

  
<30ms


  
  
Vripple

  
输出纹波电压

  
  
<300mVpp
线端并联 1μ F 陶瓷电容,带 宽  20MHz,线端测量

  
  
η avg

  
平均效率

  
  
>90%
115V/60Hz   或 230V/50Hz,
  
@Po=45W,板端测试

5.1 效率/待机功耗

5.1 到图 5.5 分别为输出 5V/9V/12V/15V/20V 时的效率特性曲线。图5.6 为不同输入电 压下的待机功耗。
image007.png
5.1  效率特性曲线@Vout=5V
image008.png
5.2  效率特性曲线@Vout=9V
image009.png
5.3  效率特性曲线@Vout=12V
image010.png
                               5.4  效率特性曲线@Vout=12V
image011.png
5.5  效率特性曲线@Vout=12V
image012.png
5.6  空载待机功耗

5.2 效率/待机功耗

5.7 为不同输入电压和不同输出电压下全负载范围内的最大纹波电压,纵 轴单位为 mV。最大纹波电压发生在 Burst Mode Normal Mode 转换点。
image013.png
5.7  输出最大纹波电压

6.3 过流/短路保护

6.2 为全输入范围内不同输出电压下的输出过流保护点。副边控制 IC 通过 SENSE 电阻 直接采样输出电流,实现了精确的过流保护。

6.2  输出过流保护点
  
输出电压(V)
  

  
5

  
9

  
12

  
15

  
20
过流保护点 Ilimit(A)
3.21
3.21
3.21

  
3.21

  
2.47

  
Ilimit/Imax
107%
107%
107%

  
107%

  
110%
2.1 PCB Layout
image014.jpg
                               2.1 PCB 顶层线路
image015.png
                               2..2 PCB 底层线路
image016.jpg
2.3 PCB 顶层丝印
image017.jpg
2.4 PCB 底层丝印

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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