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原创 第十期产品组

PD-45W充电器DIY分享(投票送DMEO板)

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尖叫的变压器
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LV6
高级工程师
  • 2018-11-12 20:13:28
如果楼主的作品对你的研发学习和知识储备有了很大的帮助,欢迎点击活动页面投上你宝贵的一票吧!   
鸣谢:首先感谢世纪电源网给我们提供这样的机会来分享自己的设计成果,锻炼自己帮助他人,感谢专家组风雨兼程,感谢策划组一路陪伴。
前言:分享一款PD-45W手机充电器(兼容PD2.0和PD3.0,接近完工,把自己的设计思路分享给大家,希望能为那些奋战在PD快充设计的兄弟们提供一点帮助。
方案:本方案主芯片iW1799+iW657P+iW676(Dialog半导体),支持PD2.0/PD3.0/PPS/QC2.0/QC3.0/QC4.0.最大功率45W,兼容世面大多数PD手机/平板/Macbook等

原理图+PCB+测试数据+整机图片(部分已经上传),欢迎大家点赞投票,你的支持是我更新的动力!
【市场总结与前景】
    手机:iPhone8,iPhonex,iPhonexr,华为Mate20,荣耀V10,三星S8/S9,小米9,坚果R1等将近100款新手机已经转移到PD3.0
    电脑:戴尔灵越14,戴尔XPS,小米Air13.3-15.6,Mackbook-13.3,联想7000等等提供Typec接口,支持双向PD充电。
    前景:PD协议必将统一SCP/FCP/QC2/QC3/QC4/AFC/闪充等协议,尤其是USB3.2发布后,将USB接口功率提升至110W,预计下半年到明年PD将爆发式增长,所以做充电器的你非常有必要了解PD协议。
【DEMO样品】:投票成功可以获取DEMO板(免费顺丰包邮赠送30个,截止时间:2019-03-31),索取DEMO板时,请备注收货地址和联系方式,谢谢!
【Part1】:名词解释  
PD:  Power Delivery Protocol   功率传输协议,PD协议不仅适用于手机,还适用于平板/笔记本电脑/手环等
PDO: Power Delivery Object  功率传送数据(行业内解释:固定电压电流)
APDO:Augmented Power Data Object, 扩展的PDO(行业内解释:电压电流可调)
PPS:Programmable Power Supply Data Object,可编程的PDO(行业内解释:电压电流可调,PPS是国内定义的,其它国家还没有)
Source:  适配器,提供能量的部分
Sink:手机/平板/电脑等,接受能量的部分
Get Source Capabilities:获取适配器PDO和APDO
CC1/CC2:TYPEC接口通讯线路
本适配器PDO介绍:PDO1: 5V/3A  PDO2: 9V/3A  PDO3: 11V/3A  PDO4:20V/2.25A  APDO1:  5.9V/3A   APDO2: 16V/2.8A
【Part2】:协议层
CC1/CC2检测:手机端CC1/CC2中的一个线路会有5.1k下拉电阻,适配器加180uA恒流源,手机和适配器都可以检测到1V左右的电压,来判断是CC1还是CC2接入(因为Type-c线里边其实只有一根CC线,市面上的基本都是一根线,所以要判断是CC1还是CC2)
Source CAP广播:适配器会持续发送PDO数据10秒,手机接收到Source Cap之后会,发送GoodCRC,通讯握手成功。
【Part3】:芯片介绍
iW1799:原边控制IC(数字内核,无需环路参数调试),PFM和PWM交替以及抖频等,整机静态功耗可以做到65mW。
iW657:协议IC接收到手机电压电流需求之后通过光耦发送数字信号到初级iW1799控制IC,实现稳压稳流的目的。
iW676:同步整流IC,提升整机效率。
【Part4】:适配器图片
【Part5】:安规认证
已经取得:PD3.0(withPPS) and QC4+认证
EMI:满足FCCPart 15B / EN55032B
安全:满足IEC60950,UL1950 Class II
【Part6】:变压器设计
变压器设计:1)输出电压3.3V~20.5V,跨度非常大,会导致主MOS关断时承受的反射电压增加,所以匝比选择不能太大,本方案选择6.6(33/5)。
                    2)初级控制IC供电方式,本方案采用正激+反激供电的方式,解决反射电压过大导致IC失效的问题。
变压器参数:初级33匝(0.1mm*20三层绝缘线绕),次级5匝(0.25mm*15三层绝缘线绕),初级感量430uH,磁芯:RM10。三明治结构
                   3)计算过程按照基本的DCM反激即可,无特殊技巧。
                   4)磁芯必须要接地,即使是很0.1mm细的线,切记!切记!要不然EMC会差10个dB.
【Part7】:iW1799初级IC调试经验总结
            1脚:Vsense 检测辅助绕组电压,原边控制。2脚:Dlink,接收次级协议IC发送的电压电流信号(数字),非模拟。
            3脚:SD,关断脚,外接NTC实现过温保护。4脚:VCC供电脚, 5脚:GND。6脚:Gate驱动脚,
            7脚:电流检测脚,可以加1nF滤波电容。8脚:DET检测脚,接1k下拉电阻即可
【Part8】:iW657协议IC调试经验总结
            1脚:Discharge,用于输出电容放电,2脚:DRV,驱动光耦,发送信号到初级,3脚:VCC接输出电容,4脚:Det检测脚,检测SR栅极驱动信号
            5脚:Vbus,接输出电容,6脚:Vbus_G驱动Vbus开关MOS管,7/8脚:CC1和CC2用于手机通讯,9/10脚:检测输出电流,一般不用
            11脚:SD脚,外接NTC实现OTP功能, 12/14脚:D+/D-用于QC通讯,13脚:GND
【Part9】:iW676同步整流IC调试经验总结
            1脚:接SR-MOS的漏极,起机时给IC供电,2脚:Source,接MOS管源极和4脚一起接GND,3脚:OUT接4R7电阻驱动SR-MOS
            4脚:GND  5脚:内部LDO稳压输出,接2.2uF瓷片电容   6脚:Vin接Vbus电容,给IC供电,可以串联10欧姆电阻滤波
【Part10】: PCB设计相关
除了安规要求的安全距离外,我们仍然要注意:PCB对EMC和EMI的影响,PCB对ESD的影响,PCB热量分布均匀的原则。
                   1)初级单点接地,这个不用解释了,2)iW1799的地线和大电容的地距离尽量短,可以和辅助绕组的地距离稍微远一点,实际测出来前者EMI好一些,因为前后做了3个版本,对比出来的结果。3)MOS管散热让人头疼,夹在中间,无法安装散热片,最后不得不把散热片做成曲线式的,如图(散热片一定要接地,切记,切记)。4)变压器距离适配器外壳要保持2mm距离,确保外壳温度可以过认证。
【Part11】:传导辐射优化总结
                   1)增加米勒电容10pF~22PF,可以改善因dI/dt造成的EMI问题,修改栅极驱动电阻可以改善因dV/dt造成的EMI问题
                   2)增加高压MOS管的DS电容可以改善因漏感过大造成的EMI问题
                   3)变压器采用三明治绕法可以减少漏感和寄生电容,其中层与层之间增加12圈0.1mm的屏蔽层,能有效改善15MHz处的EMI问题
                   4)次级SR-MOS增加吸收回路,修改驱动电阻做为预留调节EMI使用
                   5)三明治变压器结构效果好,但是价格高,所以必须做出权衡
                   6)初级整流桥的GND要增加47uH 0805的磁珠,减少30MHz处的震荡
                   7)差模电感并联10KΩ 0805电阻,可以减少差模电感固有频率的震荡
                   8)冷机和热机的EMC在低频处差别较大,建议预热之后测试EMC
                   9)如果低频EMC超线,应首先考虑更换快速整流桥
                   10)Y电容可以减少共模干扰
【Part12】:ESD相关
                     1)Type-c接口的CC1/CC2/D+/D-一定要增加5V TVS管,防止和Vbus短路的同时也可以提高ESD能力
                     2)变压器次级要增加绝缘套管
                     3)次级协议IC要增加0.1uF陶瓷电容
                     4)Y电容直连整流桥时,ESD效果最佳,ESD回路最短
                     5)在满足安规情况下尽可能增加Y电容容量
【Part13】:老化实验总结

                      1)老化1000小时,其中800小时满载老化,200小时状态跳变/动态负载/开关机
                      2)老化治具100PCS
                      3)老化直通率>98%
                      4)老化设备最好有记录功能,记录老化时间,老化进程,当前适配器状态,负载状态,AC输入等参数,便于以后分析
【Part14】: 成本优化
【Part15】:调试工具
                   调试输出电压电流需要配备PD测试治具,获取方式:淘宝,PD治具。协议分析:ToTal Phase .通讯是PD电源的精华所在,分析协议也是难度
                   较大的地方,建议使用专业的PD协议测试工具,否则量产之后可能会出现适配器和手机/平板/笔记本不兼容的情况。
【Part16】:量产建议























正面

正面
恒压恒流.PNG

PD通讯

PD通讯
EMC.PNG
EMI.PNG
VI曲线.PNG
原理图.PNG

iw657p_product_summary.pdf

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iw1791_product_summary.pdf

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世纪电源网-九天
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超级版主
  • 2018-11-13 08:58:41
 
欢迎楼主~!期待后续分享!!!
尖叫的变压器
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高级工程师
  • 2018-11-13 10:38:39
 
谢谢版主~~
z443233785
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副总工程师
  • 2018-11-13 10:10:59
 
楼主怎么不用国产芯片
尖叫的变压器
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高级工程师
  • 2018-11-13 20:48:30
 
国产的英集芯么?他们的方案是反激+BUCK,就是反激输出24V固定的,然后按照手机电压电流需求,用BUCK实现恒压恒流。
rogerqiu520
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本网技工
  • 2018-11-23 17:46:23
 
用BUCK 电路实现是否会有以下问题:
1- 成本会不会比较高。
2-动态应该很难做到很好。
3-效率和温度怎么样?
Saber大神
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本网技师
  • 2018-12-6 23:08:26
 
曾经用过的飘过,一般
long609689209
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副总工程师
  • 2018-12-7 09:08:33
 
我记得在哪本书上看过,buck电路,动态是最好的。
靖哥哥
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副总工程师
  • 2018-11-13 10:17:48
 
坐等楼主更新,学习学习
尖叫的变压器
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高级工程师
  • 2018-11-13 20:50:14
 
嗯,从最基本的开始写了,有空帮忙投个票谢了~~~
hunter4051
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副总工程师
  • 2018-11-13 13:23:19
 
围观围观,期待更新
Yongcai_Lai
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本网技师
  • 2018-11-19 10:31:04
 
这个是民间高手,学习了,谢谢分享!
XUANKUI
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本网技师
  • 2018-12-5 16:53:14
 
你好,可以加一下好友吗?qq462191061
尖叫的变压器
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高级工程师
  • 2018-12-5 22:39:51
 
有什么需求么?可以讨论或者私信我
电源小牛
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本网技师
  • 2018-12-5 23:06:01
 
楼主,你这个和华为的40W快充有啥区别?
尖叫的变压器
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高级工程师
  • 2018-12-6 19:04:22
 
应该是英飞凌的方案,挺贵的,你可以去网上找拆解看看,希望能帮到你
京一
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本网技师
  • 2018-12-13 12:17:53
 
感谢分享
Daizhimei2010
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高级工程师
  • 2018-12-21 23:35:40
 
楼主,请问你这个电源的效率是多少呢?输入电容是多大的呢?
尖叫的变压器
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高级工程师
  • 2018-12-25 20:38:12
 
用了4只18uF/400V的电解电容并联,主要是受体积限制无法继续增加容量
lvshixvan
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助理工程师
  • 2019-1-4 18:42:09
 
感谢分享!
XIAOTU80
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版主
  • 2019-1-5 11:14:02
 
可以给讲讲设计过程,以及哪些需要注意的地方
TinWunLunG
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本网技师
  • 2019-1-11 14:20:51
 
已投票 ,楼楼资料可以发我吗? tinwunlung@hotmail.com
lyh0739
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高级工程师
  • 2019-1-20 23:41:55
 
采用正激+反激供电的方式  没看明白, 另外输出电容用固态电容时相对电解电容如何选 取,能讲下你的经验吗?谢谢!
尖叫的变压器
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高级工程师
  • 2019-1-21 11:38:41
 
这个简单,因为输出电压3.3V-20V调节,辅助绕组电压=(Vout/NS)*Naux,容易烧坏IC,所以辅助绕组可以用2个线圈,正激+反激
尖叫的变压器
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高级工程师
  • 2019-1-21 17:32:29
 
输出电容选择有一个很宽的范围,不是计算出来的,是根据客户需求,比如客户需要纹波100mV以内,调节输出电容容量满足即可
sdsdsds
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高级工程师
  • 2019-1-21 07:55:46
 
已投票
尖叫的变压器
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高级工程师
  • 2019-1-21 11:33:44
 
谢谢
lsy52103
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高级工程师
  • 2019-1-21 10:27:47
 
投票了,怎么得DEMO
尖叫的变压器
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高级工程师
  • 2019-1-21 11:32:48
 
邮箱地址私信给我
liu118
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  • 2019-1-21 13:10:23
 
东西不错,已投票
尖叫的变压器
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  • 2019-1-22 14:58:08
 
已经顺丰给你了
shui123shm
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  • 2019-2-20 16:00:04
 
已投票,想要demo板和资料学习学习
w313840064
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  • 2019-2-22 16:42:46
 
已投票
W梦想在远方E
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本网技师
  • 2019-2-26 11:35:48
 
已投票。
W梦想在远方E
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本网技师
  • 2019-2-26 11:36:16
 
可否分享一下资料呢?
尖叫的变压器
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高级工程师
  • 2019-3-1 10:56:16
 
可以的,私信我一下
xiefei19890524
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助理工程师
  • 2019-3-18 21:56:48
 
已投票,楼主可否分享一下资料,有DEMO板最好
W梦想在远方E
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  • 2019-3-21 16:00:46
 
YTDFWANGWEI
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  • 2019-3-19 08:38:11
 
1)增加米勒电容10pF~22PF,可以改善因dI/dt造成的EMI问题,修改栅极驱动电阻可以改善因dV/dt造成的EMI问题
这个怎么理解?
尖叫的变压器
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  • 2019-3-19 15:53:14
 
增加米勒电容会增加米勒平台时间,电流上升率和下降率相对减小,就是所谓的改变di/dt.
YTDFWANGWEI
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  • 2019-3-19 17:00:34
 
改变驱动电阻阻值,不改变米勒平台的时间吗?
尖叫的变压器
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  • 2019-3-19 17:21:36
 
几乎不变!改变栅极电阻会改变MOS管开启时间,对米勒平台的宽度影响很小
w313840064
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  • 2019-3-21 13:57:01
 
加组USB5V2.4A输出有没有可行吗,PD改30W,总功率42W,
尖叫的变压器
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  • 2019-3-21 15:15:17
 
做不到的~~,C口调整电压5V,9V,15V,20V,A口做要一直稳定在5V,这个方案实现不了。
w313840064
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  • 2019-3-21 19:43:37
 
加个DC TO DC芯片可以吧,能发demo板和资料给学习学习吗313840064@QQ.COM
尖叫的变压器
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  • 2019-3-22 17:57:57
 
这样做,成本没有优势。。。
w313840064
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  • 2019-3-25 18:48:16
 
没办法,客户有这样的要求

超级蒜苗
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本网技师
  • 2019-4-10 00:26:48
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学习了,顶一下
w313840064
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LV2
本网技师
  • 2019-4-10 10:29:28
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楼主,请教个问题。
最近做了款PD45电源,输入230V发现5V输出次级尖峰很高有100左右,9V/12V/15V/20V都没有尖峰,这是要调什么参数合适?谢谢
尖叫的变压器
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高级工程师
  • 2019-4-10 11:04:20
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变压器匝数比多少?
w313840064
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本网技师
  • 2019-4-10 11:28:36
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37:6,感量是500UF,刚测试了PD5V3A+USB5V2.4A峰值110V左右,单独PD5V3A是峰值80V左右,调了下吸收没有改善,准备得新算变压器
尖叫的变压器
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高级工程师
  • 2019-4-10 15:45:03
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很明显,漏感大了
w313840064
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本网技师
  • 2019-4-15 17:05:31
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楼主
也问一些朋友,匝比跟感量也没有很大问题,要怎样调整呢?谢谢
尖叫的变压器
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高级工程师
  • 2019-4-16 17:43:37
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调整变压器结构试试
rongzhicheng
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本网技师
  • 2019-4-23 11:53:15
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路过,学习一下。
Ken_123
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助理工程师
  • 2019-5-10 12:43:00
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谢谢分享~~~
llssr
  • llssr
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初级工程师
最新回复
  • 2019-5-17 08:09:28
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协议用什么设备读取的啊,也想买一个
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