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原创 【你还不知道吗】第九期·技术经验分享原创大赛开始啦!

DIY一个低成本A+C口 20W快充充电器,5V/4A目标效率90%

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来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-1 14:04:31
利用这次原创比赛,做一个A+C口 20W的快充,过一过DIY的瘾,水平有限,大家请多多指教

预定一下规格:
预计PCBA成本:8.0元
大板PCB外框尺寸:31x42mm  高度17mm
小板PCB外框尺寸:9.5x14mm 高度3.2mm
输入:100-265Vac
输出1:A口5V/2.4A
输出2:C口5V/3A
总输出额定电流为4A,A口和C口电流自由分配。
保护功能:过流保护、过压保护、欠压保护、过温保护等


暂定方案:
主控PWM芯片:ME8329
同步整流芯片:ME8411
TYPE C口协议芯片:ME9804
变压器:EE1916
top.png




GW15841681869
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本网技师
  • 2018-6-1 16:09:33
 
快充啊
liguanghui2588
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实习版主
  • 2018-6-1 17:01:16
 
目前快充非常流行啊
Coming.Lu
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版主
  • 2018-6-1 18:05:25
 
早就流行了,再过一段,就要搞烂了,估计。
hunter4051
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高级工程师
  • 2018-6-1 19:34:03
 
QC3.0?还是QC4.0?这成本不错
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-4 12:01:30
 
PCB已发出去打快板了,估计明天就能到
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助理工程师
  • 2018-6-5 09:46:26
 
趁PCB板还没到,先把变压器绕一下,准备工具,胶带、小刀、骨架、自制骨架模具
我绕变压器一般先不计算,直接上,看初级一层能绕多少圈,次级一层能绕多少圈,确定后再反推变压器参数

T01.png

来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-5 09:55:43
 
准备绕变压器,
初级:0.24mm的漆包线绕满一层为:30Ts,那么三层就是90Ts

次级:0.5mm的三层绝缘线一层可以绕6Ts,那么算下来匝比是15,ME8329这个芯片带QR功能,所以匝比适当提高

so,次级减小1Ts,改为5Ts,初级考虑到生产,初级减小到87Ts,最终匝比为:17.4


T02.png

来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-5 10:01:19
 
次级用的是4根0.5的线,整体变压器绕完后,绕的有点紧

T03.png


推算了一下电感量,临界模式为1.05mH,DCM模式为1.1mm,先磨个1.2mm后面看情况微调
T04.png
lindar
  • lindar
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高级工程师
  • 2018-6-11 12:03:37
 
不错,变压器得缠好点..
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-6 08:39:50
 
PCB到了。
P1.png
clover333
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助理工程师
  • 2018-6-6 22:46:38
 
楼主上个电路学习下!我也想做一个!
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-7 09:40:58
 
以下是原理图
SMT.png
clover333
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助理工程师
  • 2018-6-7 22:30:56
 
谢谢楼主,学习下!
binganzhu
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初级工程师
  • 2018-6-11 09:09:10
 
1.问下楼主那个ME8514   3脚要接哪里?   是不是直接接输出端Vout+
2.ME8329  1脚那个VDD不加限流电阻,启动的时候会不会容易烧坏,还是芯片本身自带软启动?
3.Q7用什么型号,最近老想找点便宜的同步整流管子,找不到。

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助理工程师
  • 2018-6-12 15:06:30
 
1.问下楼主那个ME8514   3脚要接哪里?   是不是直接接输出端Vout+
答:对,3脚接Vout+
2.ME8329  1脚那个VDD不加限流电阻,启动的时候会不会容易烧坏,还是芯片本身自带软启动?
答:可以不加限流电阻,启动不会烧坏,芯片本身有带软启动功能
3.Q7用什么型号,最近老想找点便宜的同步整流管子,找不到。
答:Q7目前用的是NCE6012AS 60V/12A,或者S6040 60V/18A,后者效率稍高一点点,可以找耐压45V的

来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-7 09:51:33
 
开始贴片
p11.png
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-7 09:54:05
 
板子焊的差不多了,还差3个电解电容
P33.png P34.png P35.png
FHXWT
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  • 2018-6-8 08:47:16
 
不错 支持 吧
yiguolong
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本网技工
  • 2018-6-8 18:41:30
 
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来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-11 11:28:54
 
三个电解电容终于找到了,主要是手上没有这几个物料,花的时间有点长
来几张板子的靓照

P16.png P18.png


P17.png P19.png
binganzhu
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初级工程师
  • 2018-6-11 14:16:53
 
快点用示波器拍裸照,好兴奋
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助理工程师
  • 2018-6-11 15:57:26
 
上电看了一下,效率只有88.8%,估计是同步的MOS用小了,现在用的是12A60V的,打算找个18A的看下

另外观察了一下波波,发现开关频率偏低,看来整机参数还需要调整

Siglent13.jpg


黄色是同步驱动波形,绿色是高压MOS的Vds波形
binganzhu
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初级工程师
  • 2018-6-11 16:16:35
 
漏极尖峰波形不好看,震得很厉害。
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-11 16:54:50
 
先将就着调试先,后面变压器还要再优化,那个震荡主要部分还是漏感引起
binganzhu
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初级工程师
  • 2018-6-11 16:58:51
 
变压器要不要三明治,整层绕,这样漏感小一点。加个屏遮铜箔试下,效果挺明显的。
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-11 17:09:01
 
已经是三明治了,估计是我每层用一了层胶带隔离,用来减小寄生电容,目的是为了减小开通瞬间的电流尖峰,

没想到暴露出了漏感大的问题
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-11 17:03:05
 
同步的MOS改大了一点,用18A的,效率提升到了89.37%,距离目标效率还差很远,可能要动变压器了
微调了一下CS电阻,开关频率变化不大
Siglent14.jpg





来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-11 17:10:37
 
接下来再绕一个变压器,调整匝比,上面测试数据的匝比是17.4,打算改为14.5,对比看看效率有什么差异
wangchaunwei
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助理工程师
  • 2018-6-12 11:20:08
 
小白 想请问大佬  ,变压器是有什么公式  来确定匝数,和电感量的吗
jiekou514
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高级工程师
  • 2018-6-12 14:13:37
 
原来的变压器漏感是多少?优化之后降低了吗?
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-12 14:59:27
 
原来变压器漏感是33uH,变压器优化后降低到24uH
阎不乐
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高级工程师
  • 2018-6-11 20:57:57
 
先顶后看
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-12 14:52:09
 
重新改了一个变压器,匝比调到14.5, 5V4A效率涨到了90.53%,看来匝比改小后对效率提升了不少
T42.png
yxc1992
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本网技师
  • 2018-6-12 16:01:53
 
前级主控IC,不加散热片,温度估计会到140℃
binganzhu
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初级工程师
  • 2018-6-13 08:35:32
 
RCD 换成TVS,能不能能不能加点效率?省点热损耗。空间太小普通散热器可能不能用。散热可以定制散热器,或者自己割点铝板用硅胶粘下。问下工友版主
1.ME8329的启动电阻 R1  取多少?
2.ME8411 的旁路电阻 Rd1 取多少?
3.那个R13和R14要多少?


来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-13 08:56:37
 
1. 启动电阻2M+2M  1206贴片电阻
2.8415的Rd1取10K
3.R13和R14通过计算分压值在2.7V左右,上拉47K,下拉56K
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-13 08:58:14
 
关于主控芯片的温度问题,我得去某宝买个测试温度的来测测
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-13 08:51:11
 
是吗,这140度是怎么计算的,这芯片热阻是74度/W

好好算算
binganzhu
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初级工程师
  • 2018-6-13 09:05:53
 
感觉这电路的瓶颈还是变压器上,变压器弄好了,主控芯片的温度自然会降下来和稳定。
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-13 09:08:51
 
打算把效率提高到91%,同步的MOS还能用好一点的。但是成本压在这不敢动
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-13 09:10:59
 
等下测测芯片MOS的关断损耗和开通损耗
binganzhu
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初级工程师
  • 2018-6-13 09:26:40
 
集成内置mos芯片温度一般都不低,不过10W左右温度还是可以接受,没做过20W。那个微盟芯片me8329网上找不到datesheet.20W这种长时间运行真怕烧芯片。一般充电要1小时左右。
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-13 13:35:01
 
抓了几张波形图,得到了以下参数:
T:19.35uS(图P15)

T:19.35uS(图P15)

T:19.35uS(图P15)


Ton:3.7uS(图P16)

Ton:3.7uS(图P16)

Ton:3.7uS(图P16)


Vcs:0.614V(图P17)

Vcs:0.614V(图P17)

Vcs:0.614V(图P17)


Fs:51.9KHz(图P18)

Fs:51.9KHz(图P18)

Fs:51.9KHz(图P18)


tr:110nS(图P19)

tr:110nS(图P19)

tr:110nS(图P19)


tf:84nS(图P20)

tf:84nS(图P20)

tf:84nS(图P20)


来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-13 13:50:23
 
DA8.png
芯片导通损耗计算:
Pton=Ids_rms^2*Rds_on
       =0.2A^2*3R=0.12W
其中:
Ipk=Vcs/Rcs
     =0.614V/0.774R
     =0.793A   PCB上的Rcs用的是1.6R和1.5R并联
Ids_rms=Ipk*sqrt(D/3)
            =0.793*sqrt(D/3)
            =0.2A    其中D=Ton/T=3.7/19.35=0.1912

芯片开通损耗计算:
开通损耗非常小,可忽略不计

芯片关断损耗计算:
Prf=0.5*Vds_pk*Ids_pk*tf/T

    =0.5*503*0.793*84*10^-9/19.35*10^-6
    =0.866W

芯片总损耗=0.12W+0.866W=0.986W
binganzhu
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初级工程师
  • 2018-6-13 13:54:28
 
震荡会不会加剧损耗?
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-13 13:57:42
  • 倒数9
 
那个Vcs波形震荡是示波器探头导致的,不是真实的震荡
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-13 13:56:18
  • 倒数10
 
芯片内阻:74度/W D25.png


环境温度25度时,芯片的温度为97.9度,环境温度40度时,芯片的温度为112.9度


binganzhu
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初级工程师
  • 2018-6-13 14:28:03
  • 倒数8
 
示波器头焊接一个小的空心线圈,可以改善很多问题。   我记得上大学的示波器头都是这样,后来才明白怎么回事。 几圈就够了。
z443233785
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高级工程师
  • 2018-6-13 16:40:39
  • 倒数7
 
这个方法不错,我试试
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-14 13:15:53
  • 倒数6
 
是在探棒的负极夹子线上穿一个空心磁环吗,我到时试试看
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-15 14:49:33
  • 倒数5
 
找了个TYPE-C接口的手机,C口能正确识别并充电,很快就充满了
T2.png

binganzhu
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初级工程师
最新回复
  • 2018-6-15 19:10:49
  • 倒数1
 
要是没握手协议芯片会这么样?
也能快充吗?
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-15 15:33:43
  • 倒数4
 
研究了一下同步整流的相关波形,如下两张图是在115V空载状态下的测试结果
可以看到每间隔2.68mS一个脉冲,频率373HZ
Siglent23.jpg


展开后,
C1黄线(同步MOS的Vgs)
C2红线(同步MOS的Vds)
C3蓝线(同步的Vdet脚)
C4绿线(一次侧MOS的Vds)
从波形可以看到,低于蓝线台阶电位不会打开同步驱动,从而判断出这是同步MOS检测机制之一
从另一个现象可以反映出,空载期间同步MOS驱动次数越多,产生的损耗越多,从而导致待机功耗也高。而这个震荡波形跟同步MOS的Vds基本一致,所以需要尽可能的减小这一个震荡,最好尽可能的使同步在空载或轻载的情况下关闭同步驱动
B24.png



来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-15 15:43:35
  • 倒数3
 
以下两张图为230Vac输入测试的结果
C1黄线(同步MOS的Vgs)
C2红线(同步MOS的Vds)
C3蓝线(同步的Vdet脚)
C4绿线(一次侧MOS的Vds)


展开后,可以看到在高压时Vdet台阶只有一个,另外高压情况同步的驱动导通时间比低压的要大很多,所以在高压时驱动损耗加重
这个需要尽可能的使这个驱动消失(黄线),从而可以提升待机功耗。

B25.png

跟低压一样,也是2.68mS一个周期,所以有很大的待机功耗优化空间
Siglent26.jpg
来领盒饭
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助理工程师
  • 2018-6-15 15:58:45
  • 倒数2
 

高压230Vac满载5V/4A
C1黄线(同步MOS的Vgs)
C2红线(同步MOS的Vds)
C3蓝线(同步的Vdet脚)
C4绿线(一次侧MOS的Vds)


Siglent27.jpg

同步MOS驱动开通死区时间840nS,在一次侧MOS关断期间内,由同步MOS的体二极管提供能量
可以看到Vdet检测电压到零后,延迟一段时间驱动打开,从一次侧MOS关断到同步MOS开通死区时间是840nS,提供了一个安全期,防止一次侧MOS还未关断就打开同步MOS,有效避免共通现象
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在一次侧MOS即将导通时,同步驱动提前关断,从波形中未能看出关断检测机制,这个还请各网友帮忙解释一下。
同步MOS关断期间内,由体内二极管提供能量,直到一次测MOS导通,这段死区时间为1.76uS,也是提供了一个非常安全时间,防止一次侧MOS导通时,同步MOS还未关断,有效避免共通现象造成炸机风险。
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