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讨论 第十期产品组

DIY 18W 30W 45W 65W 87W PD单口快充,安规版,低成本

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z443233785
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副总工程师
  • 2018-11-20 15:32:43
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!   

借助21世纪电源网平台,学习了很多前辈们的大作。这么多年来很少发贴,但获益不少,在此表示感谢!

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闲话不多说,第十期献丑一下,玩玩 PD快充,目前非常流行火爆,不玩一把过过瘾心理确实很难受。


楼层:

PD18W
PD30W
PD45W
PD65W
PD87W

18W的先上一下规格:
输入:100V-240Vac
输出:5V/3A 9V/2A 12V/1.5A (PD2.0协议)
          5V/3A 9V/2A 12V/1.5A (QC2.0、QC3.0协议)
          FCP/SCP(华为超级快充)
          MTK PE+(联发科协议)
          Apple 5V/2.4A(苹果手机)
          AFC(三星手机)


目标效率:87%
目标PCBA成本:8元+
目标PCB尺寸:类似三星手机充电器外壳
保护功能:过压保护、欠压保护、过温保护、过流保护

在此特别强调一下:
1.。DIY需要有一定的专业知识和动手能力,防止勿触电造成人身安全。
2.。本贴原创,转载请注明出处。


目前主控芯片 PD芯片 同步整流芯片已选定

DIY流程规划:
Step1 原理图绘制
Step2 PCB Layout
Step3 变压器设计
Step4 样机调试(PCB打样、元件打样)
Step5 协议通讯测试
Step6 温升测试


震楼用.png










世纪电源网-九天
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超级版主
  • 2018-11-20 16:12:28
 
欢迎楼主分享交流~~
wangdongchun
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  • 2018-11-20 21:04:44
 
期待更多资料的分享
靖哥哥
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副总工程师
  • 2018-11-21 09:20:20
 
期待楼主更新,学习学习..
wangdongchun
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总工程师
  • 2018-11-21 21:24:54
 
z443233785
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  • 2018-11-28 20:49:35
 
兄台,不要占用我的地方
wangdongchun
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总工程师
  • 2018-11-28 21:06:28
 
哈哈   相互学习一下吗
z443233785
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副总工程师
  • 2018-11-29 09:56:47
 
先说一下经常被搞迷糊的几个协议:
QC1.0  支持5V/2A充电功率(突破了USB-IF关于BC1.2协议的5V/1.5A上限,充电速度提升40%),接口:Micro USB
QC2.0  分A和B两档,A是5V/9V/12V,B是增加到20V,充电速度提升75%,接口Micro USB、USB-A
QC3.0  在2.0的基础上,以200mV为一档的动态调节自适应电压,电压从3.6V开始调节,充电速度增加30%,接口:Micro USB、USB-A
QC4.0 提升功率至28W,并且加入USB PD支持。取消了12V电压档,5V最大可输出5.6A,9V最大可输出3A,并且电压档细分以20mV为一档。,充电速度增加20%,接口:TYPE-C
QC4+   在QC3.0和QC4.0的基础上实现统一,接口:TYPE-C
-----------------------------------------------------------------------------
PD2.0  5V-20V,功率最大100W,接口:TYPE-C
PD3.0  在PD2.0的基础上增加了对设备内置电池特性更为详细的描述,增加了通过PD通信进行设备软硬件版本识别和软件更新的功能,增加了数字证书及数字签名功能,接口:TYPE-C
----------------------------------------------------------------------------

PPS  基于USB PD 3.0 协议的规范,加入了 PD 协议对高压低电流和低压高电流两种快充方式的支持,同时借鉴 QC 4+ 的 INOV 引入了 20mV 调幅步进自适应调整电压的机制。

靖哥哥
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副总工程师
  • 2018-11-29 11:03:25
 
来你这打广告了...
沙粒
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助理工程师
  • 2018-11-29 10:00:58
 
求原理图
z443233785
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副总工程师
  • 2018-11-29 10:06:39
 
PD18W的原画图已经绘制完毕,可谓是颗颗元件都用在了刀刃上,完全没有多余的器件,干净利落!高清图传不上来,先将就一下。
6.jpg






z443233785
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  • 2019-2-15 14:51:44
 
18W的这颗芯片不需要另外增加线性降压电路,很方便
XIAOTU80
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版主
  • 2019-2-17 18:27:35
 
可以常年运行工作吗
z443233785
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副总工程师
  • 2019-2-20 17:24:25
 
必需的,到时等板子回来测试
z443233785
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副总工程师
  • 2018-11-29 11:30:19
 
关于PD快充,先理解一下这两个常用的专业术语:
一、USB TYPE C:
USB Type-C是一个物理接口,是一个全新的正反插USB连接器。
支持USB 3.1(Gen1和Gen2)、Display Port和USB PD等一系列新标准。
USB Type-C端口默认最高可支持5V3A,超过3A需使用E-mark电子标签。

二、USB-PD(Power Delivery) :
USB- Power Delivery(USB PD) 是在一条线缆中同时支持高达100W(5-20V)电力传输和数据通信的协议规范。
USB Type-C/PD给充电领域带来新的生机。具有PD功能的Type-C 能让充电变得无处不在。用同一个充电器,去给电脑、手机、移动电源充电,PD 概念的引入会给这些行业带来新的机会。值得注意的是,输出电流超过3A时需使用带E-mark芯片的线材,否则设备应用不识别,默认接受3A最大电流。

目前主流的USB PD 功率段现细分为:
18W  5V/3A、9V/2A
主流应用:支持PD协议的快充手机

18W  5V/3A、9V/2A、12V/1.5A  
主流应用:支持PD协议的快充手机或其它设备

29W  5V/3A、9V/3A、12V/2A、15V/2A、20V/1.45A
主流应用:华为MateBook、苹果MacBook 12英寸等平板

45W  5V/3A、9V/3A、12V/3A、15V/3A、20V/2.25A
主流应用:45W以内TYPE C接口的笔记本、平板、任天堂游戏机等

61W  5V/3A、9V/3A15V/3A20.3V/3A
主流应用:小米笔记本Air、苹果MacBook Pro 13.3英寸、TYPE C接口的戴尔笔记本、惠普笔记本、任天堂游戏机等

87W  5V/3A、9V/3A20.3V/4.3A
主流应用:苹果MacBook Pro 15英寸等笔记本应用

USB Type C接口不仅插头设计纤薄,而且最大充电电流支持到3A甚至5A,易于实现高达100瓦的功率传输,有能力一统未来智能手机、平板电脑、笔记本电脑、数码相机、数码摄像机等所有便携式电子产品的充电接口,纤薄的尺寸也更加适合体积小巧的便携式设备的设计应用。





z443233785
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副总工程师
  • 2018-11-29 17:10:42
 
QQ截图20181129101623.jpg
这个是TYPE C母座需要用到的一些功能脚,下面解释一下:
Vbus:输出电压正端,脚位是A4、B4、A9、B9
D+:通讯信号线,DP:data plus  正,脚位是A6、B6
D-:通讯信号线,DM:data minus  负,脚位是A7、B7
(D+、D-是兼容以前的USB设备标准)
CC1:通讯信号线,脚位是A5;
CC2:通讯信号线,脚位是B5
GND:输出电压负端,脚位是A1、B1、A12、B12


原理图里画了CC1和CC2,实际上在不含E-mark芯片的线缆里只有一根cc线,此次DIY用普通的TYPE-C线就OK。
含E-mark芯片的线缆也不是两根cc线,而是一根cc,另一根是Vconn,用来给线缆里的芯片供电(3.3V或5V);
如果只输出5V,只要在CC1或CC2其中一条线路下拉接一个5.1K电阻到地,实现简单的对TYPE-C接口的手机或其它设备充电。
沙粒
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助理工程师
  • 2018-11-29 17:28:40
 
怎么说,画PCB时是不是CC1和CC2连接一起,学习下
z443233785
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副总工程师
  • 2018-11-29 17:31:38
 
有PD协议的时候,CC1和CC2要分别接到TYPE C 母座上
无PD协议的时候(只输出5V),CC1和CC2其中一根线下拉一个电阻到地
puwenlong84644
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本网技师
  • 2018-11-29 18:48:24
 
TYPEC原理图有两个D+,D-,怎么接的实物,原理图能不能连一起,方便看线路
z443233785
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副总工程师
  • 2018-11-29 20:40:56
 
实物是要接在一起的,2个D+信号接一起,2个D-信号接一起
puwenlong84644
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本网技师
  • 2018-11-30 12:34:17
 
楼主能放个封装然后注明一下不,这样DIY起来方便
z443233785
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副总工程师
  • 2018-11-30 14:39:32
 
这个是16P脚的TYPE C贴片母座脚位排序:

QQ截图20181130142539.jpg


上面是顶层视图,从左到右,依次为:
GND   VBUS   CC2   D+   D-    D+   D-   CC1   VBUS   GND

沙粒
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  • 2018-11-30 09:19:45
 
PD协议芯片外围怎么这么少?好用不,就三个外围器件吗
z443233785
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  • 2018-11-30 10:21:08
 
感谢关注,后面会做详细的测试,具体好不好用,测试之后就知道了
admin
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管理员
  • 2018-11-30 09:22:12
 
支持原创,转载请标注出处和作者。
z443233785
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副总工程师
  • 2018-11-30 14:21:43
 
PCB初步弄了一下,特别是PD小板,这小东西看起来简单,画起来就像织毛衣一样,里面学问大的很






XIAOTU80
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版主
  • 2018-11-30 17:53:40
 
可以按照一定规律画线,就不怕织毛衣了,比如信号线如果多的话,横线用顶层,竖线用底层走线,然后加过孔
z443233785
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副总工程师
  • 2018-12-3 14:00:10
 
不过我这个是小功率,不用这么麻烦的。信号线的话,能不过孔就不过孔,一个过孔不知道有几个nH的寄生电感,对敏感的信号线是致命的

b52c
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本网技师
  • 2018-12-2 09:11:13
 
ME9805这个IC是哪里生产的啊,我百度不到
z443233785
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副总工程师
  • 2018-12-3 13:57:14
 
貌似这芯片刚出来,相关资料不知道能不能传上来
z443233785
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副总工程师
  • 2018-12-6 12:38:23
 
最终的PCB图
1.jpg

z443233785
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副总工程师
  • 2018-12-6 12:39:04
 
顶层布线和丝印
2.jpg

底层布线和丝印

3.jpg
puwenlong84644
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本网技师
  • 2018-12-6 22:38:44
 
PCB应该弄好了吧,更新一下资料贴张图,还有PCB布板注意什么地方,走线的规则等,坐等大神普及,板子回来了能传高清图不,看看庐山真面目,最好有个外壳,这样就是个成品啦
puwenlong84644
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本网技师
  • 2018-12-6 22:40:20
 
苹果18W原装PD264元,楼主这个成本得多钱
cuncaosheng
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高级工程师
  • 2018-12-7 10:37:46
 
期待中
z443233785
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副总工程师
  • 2018-12-9 14:15:30
 
布线技巧一:VCC电容靠近芯片GND和VCC
VCC:电源(Volt Current Condenser)是整个电源系统里面的一小部分,是开关电源芯片供电的核心,在电子电路中,VCC是电路的供电电压,VDD是芯片的工作电压,而通常我们都习惯性的称做VCC。小功率的基本是使用简单的变压器辅助绕组整流提供VCC,VCC设计的好坏直接关系到整个系统的稳定性和可靠性;

QQ截图20181209141133.jpg

z443233785
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副总工程师
  • 2018-12-9 14:26:45
 
布线技巧二:RCD吸收回路面积小,要干净利落

可以看到,这里的RCD吸收串了一个贴片电阻,串这个电阻主要针对次级有同步整流应用(无死区时间的快关快断方式),加这个电阻有2个好处
QQ截图20181209141702.jpg


z443233785
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副总工程师
  • 2018-12-9 14:33:48
 
布线技巧三:针对不过EMI的情况下,加大这个动点的面积可以起到不错的散热效果


第一要考虑最基本的电气安全距离,这里留的是1.2mm(min)。
第二个就是顶层的铜箔不能绿油开窗,防止和变压器产生短路等问题
QQ截图20181209142831.jpg QQ截图20181209142931.jpg
z443233785
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副总工程师
  • 2018-12-9 14:34:51
 
板子发出去打样了,今天就到这里,外面虽然冷,但是还得出去锻炼身体
jxzsbing
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助理工程师
  • 2018-12-10 15:02:29
 
线路挺简单的。不知楼主测试怎么样。有没有资料呀
z443233785
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副总工程师
  • 2019-1-4 16:39:13
 
第一版PCB宣告结束,具体原因:1.。EFD20变压器槽宽太大,导致结电容太大影响EMI,30M位置,后面考虑EMI问题;
2.。PD协议兼容性的问题,无法兼容所有快充协议,后面考虑兼容所有PD小板;
3.。开机浪涌无法受控制,有瘾患,后面考虑增加热敏电阻;
4.。该PCB配套的外壳太贵,需要更换外壳;
5.。Y电容走线太绕,影响EMI;
6.。动点面积太大,影响EMI;
7.。芯片温升有30度,有点高,后面换成ME8165;
8.。次级同步整流封装太厚,后面换成SOP8封装;
9.。板子两面放贴片,不易生产;
其它因素,现推翻重来;
变压器改成PQ的,EMI余量更大
第二版PCB已经画的差不多了,先上个图:
QQ截图20190104162148.jpg
z443233785
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  • 2019-1-10 16:01:43
 
PCB优化了好几天,不改了,就这样吧,先上传上来讨论一下:
整体线路                                                                          顶层走线和丝印
1.jpg 2.jpg


底层走线和丝印               
3.jpg 4.jpg



z443233785
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  • 2019-1-10 21:14:28
 
PCB先不打板,等所有板子画好后再一起打
z443233785
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  • 2019-1-11 09:23:35
 
原理图忘记上传了,小板采用智能化线路模块,因为有些协议需要外搭431,有些协议芯片又不用,所以把这两个功能整合了
这个是更改之后的原理图:


6.jpg
z443233785
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  • 2019-1-10 16:02:05
 

大家可以忽略33楼、34楼、35楼的布线技巧。因为方案改动了,原因可以看38楼
z443233785
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  • 2019-1-10 16:02:26
 
占楼更新
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  • 2019-1-10 16:02:54
 
占楼更新
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  • 2019-1-10 21:15:04
 
45W PD  开始画板了
5.jpg

2019-1-18更新:
45W PD重新找的壳子,外框变小了很多:
PCB丝印如下:
11.jpg 22.jpg 33.jpg
z443233785
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  • 2019-1-10 21:15:54
 
45W PD 原理图

PD45W.jpg
long609689209
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  • 2019-1-11 09:13:10
 
占楼更新
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  • 2019-1-11 09:42:17
 
期待楼主更新
puwenlong84644
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本网技师
  • 2019-1-11 13:09:06
 
非常感谢楼主分享,学习中
z443233785
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副总工程师
  • 2019-1-11 13:38:45
 
45W的苹果快充外壳尺寸还没找到,大家有没有这个的PCB板框尺寸发上来参考一下
z443233785
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  • 2019-1-14 14:07:00
 
45W的壳还没找到,先画65W的板子,65W的壳如下:

11.jpg 22.jpg 33.jpg
z443233785
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  • 2019-1-14 14:25:48
 
先用CAD把外壳尺寸画好,绿色是最外面边框,白色是内框,红色是PCB板框,PCB留了1mm活动距离,不知道够不够
这些都是用卡尺一个一个尺寸量的,量尺寸这个活还是有一点技巧的

1.jpg
z443233785
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  • 2019-1-14 14:40:34
 
PCB活动距离调整到0.5mm
2.jpg
z443233785
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  • 2019-1-14 14:46:10
 
将板框导进PCB,进行PCB Layout

3.jpg
z443233785
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  • 2019-1-14 16:15:19
 
先放个图,慢慢画

1.jpg

z443233785
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  • 2019-1-15 11:23:22
 
更新65W PCB Layout
顶层走线和丝印
Image 9.png

底层走线和丝印
Image 10.png
liaozhaocheng
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版主
  • 2019-1-16 12:18:19
 
这外壳去哪里买?
z443233785
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  • 2019-2-20 17:23:22
 
秋林
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  • 2019-3-6 20:13:06
 
我有找我卖

z443233785
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  • 2019-3-12 14:44:29
 
怎么卖的
wyc008
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本网技师
  • 2019-5-5 11:52:14
 
这个65W的壳哪里有卖?可以说下吗?谢谢
z443233785
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  • 2019-1-15 11:23:56
 
PD 65W 原理图
QQ截图20190221133219.jpg
人在天涯
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  • 2019-1-15 14:49:26
 
路过   学习一下
z443233785
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  • 2019-1-16 11:00:02
 
65W的因为散热片不好找,先画87W的,昨晚搞了一个晚上,把元件摆的都差不多了
这几个板子打算一起搞,到时买材料方便一点

1.jpg






y378868859
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  • 2019-1-16 15:54:37
 
87WPFC电路????????????/不虽要吗
z443233785
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  • 2019-1-18 09:11:32
 
87W的不打算过安规了,外壳太小了,增加PFC电路的话难度太大
z443233785
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  • 2019-2-15 14:48:54
 
后面想办法把PFC加进去
z443233785
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  • 2019-1-16 11:01:14
 
更新87W PCB Layout

顶层走线和丝印
Image 11.png

底层走线和丝印
Image 12.png
z443233785
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  • 2019-1-18 09:10:18
 
45W的外框比较小,摆了两个晚上,打算用RM8的变压器,又担心温升过不了,后面又改成RM10,真是画的头大

143.jpg
z443233785
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LV8
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  • 2019-1-18 17:06:38
 
45W已经画好,完工~~~
11.jpg 22.jpg 33.jpg
z443233785
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副总工程师
  • 2019-2-20 17:28:38
 
目前进度:
PCB已经发出去打板,30W的还在画板
z443233785
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  • 2019-2-20 21:26:08
 
占楼备用
ldj009
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  • 2019-2-20 23:10:37
 
一直在做适配器,还没做过充电器,输出5V时VCC电压怎么满足给IC供电不欠压保护呢??
z443233785
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  • 2019-2-21 13:32:15
 
VCC电路增加线性稳压电路,电路在57楼
ldj009
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初级工程师
  • 2019-2-22 00:11:58
 
好的,谢谢~~
XIAOTU80
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版主
  • 2019-2-26 00:03:02
 
继续
hrngsj
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本网技师
  • 2019-2-28 11:12:43
 
楼主!变压器的计算和设计能上传一个例吗?变压器设计经常算得不完善。
z443233785
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副总工程师
  • 2019-2-28 15:23:54
 
占楼备用先上个反激PWM的电流工作波形。
分CCM和DCM
图片1.png
hrngsj
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本网技师
  • 2019-3-4 15:39:43
 
支持!支持!坐等产品出来
hrngsj
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本网技师
  • 2019-3-7 10:46:51
 
楼主你好
这个公式 :Lp=(Vindc_min*Dmax)^2/(2*Pin*Fsw*Krf)
=(90*0.623)^2/(2*67.67*65*0.5)
=714uH
这公式是怎么推导出来的,还有PIN 67.67 这是什么从那出来的数据?

z443233785
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LV8
副总工程师
  • 2019-3-12 14:41:08
 
PIN 67.67是输入功率,Pin=Pout/n=20.3*3/0.9=67.67

推导公式发上来不直观,我用EXCEL写了一下:
1.jpg

2.jpg

3.jpg


ZJH3765
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本网技师
  • 2019-4-26 07:49:04
 
初级线径:
在80度时,两倍趋肤深度:
2∆=2*7.4/√Fsw=2*7.4/√65K*10^3=0.58mm
电流密度取5A/mm^2  版主,这个计算是不是有点小问题,记得有趋肤深度计算公式66.1/√Fsw=66.1/√65000=66.1/254.95=半径0.26mm*2=直径0.512mm      2∆=2*7.4/√Fsw=2*7.4/√65000=2*7.4/254.95=0.058mm直径
ZJH3765
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本网技师
  • 2019-4-25 22:29:54
 
版主,请教如下问题
1, Vindc_min=1.414*Vinacmin*sin2πFs(1/(4Fs)-Tc)
计算的结果约等于Vinac=90V   前面说是计算Vindc_min,怎么计算的结果变成了Vinac=90v呢。sin2πFs,sin2 值是多少?π是取180度嘛,Fs是交流输入频率嘛?
2,C>12.5Po/(Ƞ*(2*Vinacmin^2-Vindc_min^2))  (Ƞ为预定转换效率)
=12.5*61/0.9/90^2
=104.59uF,取标准容量值120   计算高压电容容量为什么要取12.5Po这个参数呢?
z443233785
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  • 2019-5-10 13:30:41
 
占楼
z443233785
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  • 2019-2-21 13:27:01
 
楼层有点乱了,我一个人自导自演,好像大家都不怎么有兴趣
yiloukongjian
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本网技师
  • 2019-2-23 09:46:33
 
为什么把内容删了
z443233785
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  • 2019-2-28 15:21:51
 
占楼备用
z443233785
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副总工程师
  • 2019-3-4 17:21:23
 
PCB陆陆续续到了:PD小板:

QQ截图20190304172031.jpg
18W
QQ截图20190304172011.jpg

45W
QQ截图20190304171948.jpg


65W
QQ截图20190304172004.jpg


87W
QQ截图20190304171957.jpg

z443233785
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副总工程师
  • 2019-3-5 16:37:21
 
18W的开始焊板,有些材料没到
QQ截图20190305163413.jpg

变压器骨架得上某宝搞几个
QQ截图20190305163655.jpg
z443233785
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副总工程师
  • 2019-3-6 09:58:52
 
变压器计算和设计:
由于变压器计算方式都差不多,这里18W、30W、45W、65W、87W几个功率段就不一个一个发出来计算了
这里就取一个65W的来计算,计算方法都是一样的,直接套用就行。
已知参数:
输入:90-265Vac/63-47Hz
输出:5V/3A、9V/3A、15V/3A、20.3V/3A
最大输出功率:61W
RM10变压器,AE值:98mm^2
开关频率(Fsw):65KHz
预估效率(Ƞ):90%
一、计算输入大电解:
由于输入电压最小为90Vac,90Vac输入条件下,市电频率为60HZ左右。
当Tc取2.08mS时,最小容量为:
Vindc_min=1.414*Vinacmin*sin2πFs(1/(4Fs)-Tc)
计算的结果约等于Vinac=90V
C>12.5Po/(Ƞ*(2*Vinacmin^2-Vindc_min^2))  (Ƞ为预定转换效率)
=12.5*61/0.9/90^2
=104.59uF,取标准容量值:120uF
二、确定反射电压:
由于最大输入电压Vindc_max=375V,根据经验,至少采用650V耐压MOS管。因此,RCD的钳位电压为:
Vz=Vds*0.9-Vindc_max(MOS耐压留10%余量)
=650*0.9-375
=210V
为减小漏感损耗,钳位电压Vz与反射电压Vor比值为:
K=Vz/Vor,K一般控制在1.5-2.5之间,
Vor=Vz/K
=210/1.5=140
=210/2.5=84
因此Vor范围在84-140V之间,这里先取Vor为84V
三、确定匝比n:
因次级使用同步整流,所以设定压降Vf为0.3V。
当输出5V~20V变化时,中间点电压为12.5V,所以匝比n为:
n=Vor/(Vo+Vf)=84/(12.5+0.3)=6.56
为便于计算将匝比n定为6.5,最大反射电压出现在输出20.3V时:
Vor=n*(Vo+Vf)=6.5*(20.3+0.3)=133.9V
输出5V时,反射电压为:
Vor=n*(Vo+Vf)=6.5*(5+0.3)=34.45V
系统最大占空比出现在输入电压最低时:
Dmax=Vor/(Vor+Ƞ*Vindc_min)=133.9/(133.9+0.9*90)=0.623
初级MOS最大电压Vds_max:
Vds_max=Vindc_max+Vor+50V (50V为预估漏感尖峰)
=375+133.9+50=558.9V
次级同步MOS最大反向电压Vdr_max:
Vdr_max=Vindc_max/n+Vo=375/6.5+20.3=77.99V(忽略漏感)
四、确定纹波系数Krf:
由于反激变换器初次级绕组之间存在漏感,一般情况下,工作在CCM模式下时,电流纹波系数Krf小于1,纹波系数越大,变压器体积、漏感引起的损耗就越小,缺点是电感的峰值电流就越大。

折中考虑这里Krf取0.5,下图为CCM和DCM的电流波形和纹波电流系数取值参考:

初级电感斜坡中心电流:Iedc
初级纹波电流:∆I
初级峰值电流:Ip_pk

五、计算初级感量Lp:
Lp=(Vindc_min*Dmax)^2/(2*Pin*Fsw*Krf)
=(90*0.623)^2/(2*67.67*65*0.5)
=714uH
六、计算初级峰值电流:
初级电感斜坡中心电流Ip_edc为:
Ip_edc=Ior/(1-D)=Io/(n*(1-D))=3/(6.5*(1-0.623))=1.22A
初级纹波电流∆Ip为:
∆Ip=Vindc_min*Dmax/(Lp*Fsw)
=1.208A
初级峰值电流:
Ip_pk=Ip_edc+∆Ip/2
=1.824
为减小ME8129内置的MOS管导通损耗,MOS的电流一般取4~5倍初级峰值电流Ip_pk。
1.824*5=9.12A,ME8129内置7A/650V的COOLMOS,所以不需要太大的散热器能轻松满足散热温升要求;
初级有效值电流:
Ip_rms=√((3*Ip_edc^2+(∆Ip/2)^2)*Dmax/3)
=√((3*1.22^2+(1.208/2)^2)*0.623/3)
=1A
初级线径:
在80度时,两倍趋肤深度:
2∆=2*7.4/√Fsw=2*7.4/√65K*10^3=0.58mm
电流密度取5A/mm^2
Dp=1.13*√(Ip_rms/J)=1.13*√(1/5)=0.505mm
当线径股数为单根时,Dp=0.505mm<2∆(0.58mm),所以不需要多股绕制,这里使用0.5mm线径

七、次级电流计算:
次级电感斜坡中心电流Ils为:
Ils=Io/(1-D)=3/(1-0.623)=7.95A
次级峰值电流:
Is_pk=Ils*(1+Krf/2)=7.95*(1+0.5/2)=9.95A
一般视PCB空间及散热面积大小,次级同步MOS电流规格取峰值电流Is_pk的5~10倍,
因PD外壳比较小,同步MOS只靠一块薄薄的铝片紧贴外壳散热,所以这里选10倍,9.95A*10=99.5A,这里取90A,耐压100V的同步MOS;
次级有效值电流:
Is_rms=Ip_rms*√((1-Dmax)/Dmax)*Vor/(Vo+Vf)
=0.97*√((1-0.623)/0.623)*133.9/(20.3+0.3)
=4.92A
次级线径:
电流密度取5~10A/mm^2,这里选10A(后面实际测试可以根据线包温度再优化)
Dp=1.13*√(Is_rms/J)=1.13*√(4.92/10)
=0.79mm,取整0.8mm
因变压器槽宽限制,结合EMI优化和生产方便,这里先用单根0.8mm三层绝缘线;当线径股数大于3根时,由于生产工艺很难排列整齐,可以考虑次级用多股利兹线代替,同时为了满足安规需要,初级必需使用三层绝缘线;例如,这里使用0.8mm直径线径,根据面积相等原则,如果利兹线单股d1为0.1mm,则对应的股数为:
d^2/d1^2=0.8^2/0.1^2=64,实际应用需大于64股;

八、计算匝数:
初级匝数Np为:
Np=Lp*Ip_pk/Ae/Bmax
=714*1.824/98/0.3
=44.29Ts,取整45Ts;
次级匝数Ns为:
Ns=Np/n=45/6.5
=6.923Ts,取整7Ts;
辅助绕组匝数Na:
Vcc工作电压应保证输出电压在5V时,满足芯片最低工作电压,查ME8129规格书,进入欠压锁定电压为10V,考虑到动态、瞬态、低温等其它恶劣条件下不能进入UVLO_ON,芯片工作电压需留有一定的余量,这里设定VCC电压为14V
图片2.png

Na=(Vdd+Vdf)/(Vo+Vf)*Ns
=(14+0.7)/(5+0.3)*7
=19.41Ts,取整20Ts;

验证VCC电压:
输出5V时,VCC电压:
VCC_5V=Na/Ns*5=14.28V
输出20.3V时,VCC电压:
VCC_20.3V=Na/Ns*20.3=58V
从计算结果得出VCC最高达到58V,如果加上漏感电压会更高,所以Vcc线路需要增加线性稳压电路,如下图,通过R6、ZD1、Q1组成稳压给PWM芯片提供稳定的VCC电压:

图片3.png

上图VCC整流管D3耐压:
Vvccd>(Na/Np*Vindc_max+Vcc_20.3V)*1.2  (预留20%余量)
=(20/45*375+58)*1.2
=269.6V

最后整理变压器:
Np:45Ts  线径0.5mm
Ns:7Ts   线径0.8mm
Na:20Ts  线径0.2mm
Lp:714uH


z443233785
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副总工程师
  • 2019-3-12 16:41:26
 
18W的板子焊的差不多了,发上来亮亮象,纯手工贴片

1.jpg
zhangfan1996
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  • 2019-5-15 14:00:22
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本网技师
  • 2019-5-21 17:05:33
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PD快充不同协议输出电压不一样,市场上一般都是5V/3A, 9V/3A, 12/3A, 20.3V/2.5A, 我们设计变压器要以多少电压输出设计变压器?电源新手,请高手指点一下,感谢!
沙粒
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  • 2019-3-12 16:46:48
 
期待产品出来,占个位置先
沙粒
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  • 2019-3-12 16:47:09
 
期待产品出来,占个位置先
liufu
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本网技师
  • 2019-3-13 09:24:33
 
数显PD2.0/3.0诱骗器介绍
PD2.0、3.0诱骗器作用
1、可以使PD电源输出你所需的电压,如5V/9V/12V/15V/20V,给你的电脑提供电源,如果你有PD移动电源那就更好了,可以为电脑提供不间断的电源,同时清楚掌握实时充电情况;
2、如果你是经销商可以用来检测供应商交过来的货物,简单加一个水泥电阻就可以对PD电源进行老化,检验PD电源或移动电源的品质。
3、你是音响发烧友,可以购买一个D类音响板+PD电源或PD移动电源就可以享受美妙的音乐

PD检测仪

PD检测仪

PD检测仪

PD检测仪

PD检测仪

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charging
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本网技师
  • 2019-3-22 14:40:29
 
这是什么
z443233785
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副总工程师
  • 2019-3-15 10:15:17
 
18W的机子已经上电测试通过,协议通讯测试完成,完美兼容十二大协议:
QQ截图20190315101134.jpg
QQ截图20190315101355.jpg




z443233785
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副总工程师
  • 2019-3-15 14:11:57
 
PD18W效率初步测试了一下,有88%+,还能再优化。
来一个传导整改现场直播:

#3号变压器

NP1
Na 5mm铜箔屏蔽0.7Ts,静点起绕,结束悬空
NS
Nvcc
NP2
磁芯接地


Vin:230Vac/50Hz, PDO:12V/1.5A
L线(500K位置超了6DB):
1.jpg

N线(500K位置超了2DB):
2.jpg







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  • 2019-3-15 15:07:35
 
#2号变压器NP1
Na 0.3*2*8Ts  Vcc静点起绕,结束悬空
NS
Nvcc
NP2
磁芯接地

Vin:230Vac/50Hz, PDO:12V/1.5A
L线(500K位置超了3DB,后面10M也翘起来了,无语。。。):
4.jpg

N线
3.jpg

5.jpg



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副总工程师
  • 2019-3-15 15:32:39
 
#1号变压器

NP1
Na 0.3*2*8Ts  Vcc静点起绕,结束悬空
NS
NP2
Nvcc
磁芯接地

Vin:230Vac/50Hz, PDO:12V/1.5A
L线(不忍直视):

QQ截图20190315153102.jpg

N线
QQ截图20190315153117.jpg
人在天涯
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初级工程师
  • 2019-3-19 14:17:18
 
点楼   EMC比较难搞点
newcenturydesign
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副总工程师
  • 2019-3-19 16:17:56
 
没怎么看到EMI零件,想完全靠变压器的屏蔽来达到效果估计会比较有难度。楼主加油。
ashima224
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高级工程师
  • 2019-4-10 14:25:18
 
问下楼主,磁芯接地是用什么方式去接?

z443233785
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  • 2019-4-25 16:27:55
 
0.25mm的漆包线,镀锡后贴到磁芯上面
z443233785
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副总工程师
  • 2019-4-24 10:42:35
 
接着来:
#4号变压器

NP1
Na 线屏蔽,双根并绕绕满一层,圈数比次级多3圈,静点起绕,结束悬空
NS
Nvcc  
NP2
磁芯接地
注:(次级出线无交叉)

Vin:230Vac/50Hz, PDO:12V/1.5A
L线:
230V L #8 CE 12.bmp

Vin:230Vac/50Hz, PDO:12V/1.5A
N线:
230V N #8 CE 12V.bmp



模拟功率辐射
Vin:230Vac/50Hz, PDO:12V/1.5A
L线:
230V L #8 RE 12.bmp

Vin:230Vac/50Hz, PDO:12V/1.5A
N线:
230V N #8 RE 12.bmp
z443233785
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副总工程师
  • 2019-4-24 10:45:12
 
次级飞线交叉和不交叉,对600K位置有影响
QQ截图20190424095447.jpg

左边无交叉,右边有交叉


下图是整改好的碟照
QQ截图20190424104719.jpg

下一步是温度测试
z443233785
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副总工程师
  • 2019-4-25 16:24:12
 
测试温度:主要测试功率器件的温度,变压器磁芯温度和线包温度,协议芯片的温度
QQ截图20190425154808.jpg
自制的恒温箱
QQ截图20190425154738.jpg

90Vac  12V/1.5开始
QQ截图20190425154823.jpg



z443233785
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副总工程师
  • 2019-4-29 17:21:13
 
90Vac/60HZ测试温度数据:
12V/1.5A
U1:100.9
T1线包:84.8
T1磁芯:87.1
Q1同步:80.2
U5协议:79.8
环温:25

264Vac/50HZ测试温度数据:
12V/1.5A
U1:81.2
T1线包:80.1
T1磁芯:82.5
Q1同步:74.2
U5协议:76.3
环温:25
因为低压时峰值电流大,芯片是内置BJT,低压时占空比也是最大,所以损耗较大,U1增加了个DIP8的散热片帮助散热


z443233785
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副总工程师
  • 2019-4-30 08:43:58
 
PD18W的变压器匝比最终确定为9,这个图片是为了提高5V的效率对变压器做的一个优化

QQ截图20190430084039.jpg


感量一样,匝比不同,测试出来的效率在5V档位提高了3~6个点
重楼之巅i
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高级工程师
  • 2019-3-22 12:52:01
 
感谢楼主分享 这种全流程的展示 对我们有很大的帮助
w313840064
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本网技师
  • 2019-4-10 11:36:13
 
楼主
PD45W+USB5V2.4A 变压器用那个段的电压电流来计设参数呢?谢谢
puwenlong84644
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本网技师
  • 2019-4-11 21:03:28
 
请问大神18WPD搞过了没?
z443233785
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副总工程师
  • 2019-4-19 16:50:47
 
EMI已经测试通过,无共模,余量3dB以上
z443233785
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副总工程师
  • 2019-4-19 16:53:37
 
按你最大功率57W来设计,电压段要看你PD的电压段,5V那个口你是不是要DC DC降压,还是插入5V接口,两个口都变成5V输出呢

w313840064
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本网技师
  • 2019-4-23 19:38:16
 
PD是5V/9V/12V/15V/20V总功率45W+USB是5V2.4A用DC-DC降压做的,变压器以那个电压段来设计最合适
z443233785
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副总工程师
  • 2019-4-24 10:51:43
 
你5V那一组要升降压吧?
变压器按最大功率设计,电压段设计请看72楼、80楼、81楼,有详细说明
w313840064
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本网技师
  • 2019-4-24 11:53:23
 
5V用EUP3270做降压,主要是5V段有5.4A工作电流
z443233785
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副总工程师
  • 2019-4-25 16:23:19
 
主电路5V的时候,BUCK怎么输出5V呢,占空比100%了
w313840064
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本网技师
  • 2019-4-30 09:43:19
 
是的100%占空比
hezaofen2008
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高级工程师
  • 2019-4-20 09:02:07
 
多谢楼主奉献这么好的资料!
thpdeity
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本网技工
  • 2019-4-27 13:06:54
 
楼主很棒
z443233785
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副总工程师
  • 2019-5-5 11:27:51
 
好忙,接下来整45W:
1.jpg

板子经常一翻战斗后焊好了,这是焊好的贴片面:
a2.jpg


装了一下外壳,非常完美
a1.jpg
z443233785
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LV8
副总工程师
  • 2019-5-6 10:29:09
 
调机现场:
3.jpg
PWM电路基本上没有什么问题,开机就就有输出

2.jpg
同步部分的电路搭成这样,是因为采样走线敏感问题,走线问题引起毛刺的会导致同步采样不准,
现象是同步误判,导致PWM的MOS和SR的MOS瞬间共通,产生一个能量非常小的尖峰,大概在80nS左右。

w1.jpg

目前还在调试,后面分享调试经验


z443233785
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  • 2019-5-6 17:00:42
 
做了个实验,把PWM的开通上升沿减慢,可以降低次级同步MOS的尖峰,波形对比我就不放出来了
a1.jpg
linusxu
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本网技师
  • 2019-5-7 12:16:21
 
真漂亮  很完美  留印MARK
z443233785
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  • 2019-5-10 09:04:00
 
45W的走线优化后重新打了个板,前面 的芯片也换成了低结电容的:
A3.jpg

A1.jpg

A2.jpg
z443233785
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  • 2019-5-10 09:32:43
 
由于有了前面的调式经验,把所有的BUG都修正了(BUG问题会在效率测试完后发上来分享),板子焊好装机就有输出

现在先测试一下协议通讯:
协议显示,支持PD3.0并向下兼容PD2.0,功率45W
支持BC1.2 DCP充电
支持VIVO手机闪充
支持QC3.0 和QC2.0
A4.jpg

一共有四档电压,5V3A,9V3A,12V3A,15V3A,20V2.25A
B1.jpg B2.jpg
B3.jpg B4.jpg
B5.jpg

z443233785
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  • 2019-5-10 13:43:20
 
初步测试了一下各PDO的效率,不太理想,等下去测试一下传导,摸一下底
E1.png
z443233785
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  • 2019-5-10 13:55:15
 
准备就绪,20V/2.25A。对应8.88R,水泥电阻用的18R和15R并联,8.18R
E2.png


z443233785
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  • 2019-5-10 13:43:41
 
传导也初步扫了一下,1M前面超了,500K前面倒是很好处理,对于新手来说,500K后面,包括500K是有点难度的这个变压器磁芯没有接地。整改的地方有很多。
L线:
C1.png


N线
C2.png

z443233785
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  • 2019-5-10 13:48:58
 
啥都没改,变压器磁芯接地,万用表测量磁芯边缘到地阻抗5K左右

L线:
N2.jpg

N线
N1.jpg


z443233785
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  • 2019-5-12 11:04:11
 
整流桥改为软桥后,前面下来一点,但是500K位置有点顶线。图忘记保存
然后将变压器的绕法改了一下
NP1
铜屏蔽0.9Ts 静点起绕
NS
NP2
NVCC
磁芯接地

改为:
NP1
多股线屏蔽 静点起绕
NS
NP2
NVCC
磁芯接地
测试结果如下:
PDO:20V/2.25A
传导L线:
a11.jpg

传导N线:
a11.jpg







z443233785
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  • 2019-5-12 11:04:30
 
模拟功率辐射:PDO 20V2.25A
L线:
L7.jpg

N线:
N7.jpg
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  • 2019-5-13 10:33:35
 
整改EMI、优化变压器之后,再测试一下效率:
黑色字是优化后的,可以看到,还有优化的空间
0.jpg
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  • 2019-5-13 16:02:39
 
PD45W同步整流调试过程中遇到的一些各种奇怪的波形:

图片1.png
↑出现情况:输出满载突然输入断电时,PWM的MOS和SR的MOS出现一个非常短暂的共通


图片2.png
↑出现情况:输出满载空载切换时,SR的MOS出现一个非常短暂的尖峰


图片3.png
↑出现情况:轻载工作时出现环路不稳,SR的MOS出现一个非常短暂的尖峰


图片4.png
↑出现情况:低压工作进入连续模式时,由SR的反向恢复时间造成的尖峰


图片5.png
↑出现情况:空载满载快速切换时,由同步MOS关断振铃被削顶造成的误开通


图片6.png
↑出现情况:空载满载切换时,由同步MOS关断振铃被削顶造成的误开通


图片7.png
↑出现情况:输入90/180Vac切换时,由同步MOS关断振铃被削顶造成的误开通


等等,还有很多。出现这样的一些波形,会给产品带来非常致命性的隐患,最终的结果就是产品损坏、炸机等。
这些现象都是由三大原因造成,一是PCB走线,二是参数匹配,三是PWM芯片和SR芯片的匹配性。
规避方法具体请看139楼。

z443233785
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  • 2019-5-13 16:24:16
 
占楼
45W调试问题总结
newcenturydesign
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  • 2019-5-18 08:23:36
  • 倒数8
 
请教下整流桥改成软桥具体指什么呢?是一种特别的桥吗?谢谢!
z443233785
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  • 2019-5-22 09:12:53
  • 倒数5
 
一种具有软恢复的桥,对500K以内的频段非常有用,其以较软的恢复特性,可有效降低关断剧变振荡,降低AC输入线中的杂散线路的电感激励

newcenturydesign
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  • 2019-5-24 08:24:32
  • 倒数4
 
非常感谢楼主指教!
z443233785
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  • 2019-5-13 16:03:25
 
PD 65W碟机亮像
准备手工贴片:
2.jpg


经过一上午的努力,终于做好一台样机
这是背面:
1.jpg


这是正面
152.jpg

装外壳试了一下,刚刚好:
3.jpg

来张侧面照:
4.jpg

装好上盖:
5.jpg


z443233785
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  • 2019-5-14 13:26:27
 
因为有了前面45W的调试经验。65W的调试就相当轻松了,一开机就有输出,而且45W当中遇到的很多问题都一一规避掉了
z443233785
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副总工程师
  • 2019-5-14 13:27:03
 
测试65W 协议通讯
支持PD3.0和PD2.0
支持BC1.2
支持VIVO闪充
支持QC2.0和QC3.0
1.jpg

查看支持的PDO
5V、9V、12V、15V、20V电流都为3A,最大功率65W
2.jpg

未标题-1 拷贝.jpg
z443233785
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副总工程师
  • 2019-5-14 14:13:20
 
自制了一根PD诱骗线,用来进行PDO电压切换。整条线用热缩套管包住,里面是一块PD诱骗小板,芯片是单片机,程序代码找同事写的。
把开关引出来,两根鳄鱼夹中间那个就是PDO的开关了,这样测试非常方便

a12.jpg


准备测试传导:
a13.jpg

从5V直接诱骗到20V,水泥电阻是6.66R(20V/3A)
a14.jpg

z443233785
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副总工程师
  • 2019-5-14 14:21:27
 
传导初步扫了一下,结果不忍直视,整条线都超了:

230Vac传导测试,L线
PDO:20V/3A
L线.jpg

230Vac传导测试,N线
PDO:20V/3A

N线.jpg
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  • 2019-5-14 15:19:05
 
原来是散热器没接地,将散热器接地后测试的结果:Vin:230V
PDO:20V/3A,L线:

3CE N.jpg

Vin:230V
PDO:20V/3A,N线:

4CE L.jpg

z443233785
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  • 2019-5-15 09:31:22
 
PD65W效率:
t2.jpg

可以看到有线补功能,高压效率比低压高一点点,变压器是铜箔屏蔽
z443233785
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  • 2019-5-15 10:22:54
 
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