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【英飞凌DIY】60W USB Type-C PD电源设计(已完结)

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  • 2017-10-13 11:37:15
1.方案介绍

本方案采用Fly-back拓扑,PWM IC采用英飞凌的ICE5QSAG(备用ICE2QS03G),初级MOSFET采用英飞凌的IPD80R280P7(备用IPD70R360P7S、IPL60R185P7),次级同步整流控制芯片采用英飞凌的IR1161L,次级同步整流MOSFET采用英飞凌的BSZ0804LS(备用BSC093N15、BSZ0803LS);PD协议芯片采用乐得瑞的LDR6032。本方案宽电压输出,最大输出功率为60W,最高转换效率在91%以上。此方案结合了乐得瑞科技有限公司的PD Controller技术,通过USB PD协议,实现智能供电。


2.应用领域
AC-DC开关电源领域


3.规格参数
输入规格:90Vac~264Vac/47~63Hz
输出规格:5Vdc~20Vdc@3A
目标效率:>91%@115V&230V(满载)
过压保护:<1.3Vo
拓扑形式:Fly-back


4.设计方案
初级控制IC:ICE5QSAG(备用ICE2QS03G)
次级控制IC:IR1161L
PD协议IC:LDR6032
初级MOSFET:IPD80R280P7(备用IPD70R360P7S、IPL60R185P7)
次级MOSFET:BSZ0804LS(备用BSC093N15、BSZ0803LS)
变压器:RM10磁芯
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  • 2017-10-13 11:37:30
 
最近有点小忙,所以更新有点慢了;
先采用模块式进行调试,等各自调试好了,再进行组合;
1.采用LDR6032进行的PD协议设计模块:
2.采用ICE5QSAG进行AC-DC适配器设计:
     考虑到时间和成本关系,本次调试实验将采用手工做板进行验证,而不是直接工厂打样。
liguanghui2588
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  • 2017-10-16 13:04:15
 
是把PD协议芯片放到适配器板子上吗
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  • 2017-10-18 10:51:41
 
不是,分开的。
liguanghui2588
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  • 2017-10-18 13:52:56
 
是两个板子,一个适配器,一个充电板(带ldr6032)
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  • 2017-10-18 16:41:03
 
差不多是这样,就是将协议小板子焊接在适配器板子上。
PeterXu
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  • 2017-10-20 00:29:32
 
PCB尺寸是多少呢?我做的是45W的适配器,不过进度没你这个快啊。。都开始调试了
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  • 2017-10-20 08:49:09
 
1.首先将画好的PCB文件使用激光打印机并且采用PCB转印纸进行打印,各种设置就不啰嗦了;
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  • 2017-10-20 08:49:26
 
2.切割一块大小合适的覆铜板,本次我采用1.0的覆铜板,因为要做双面板,薄一点对的准一点;
大小合适后,进行洗板(打磨掉氧化层);洗板后如上图有光泽。
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  • 2017-10-20 08:50:01
 
3.这是PD协议小板转印成功的正反面;热转印采用PCB转印机进行,也可以采用熨斗,但是没转印机好用。
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  • 2017-10-20 08:50:32
 
4.这是AC-DC转印成功的正反面;稍微有点偏了,同时过孔有点偏小了,但是不影响调试。
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  • 2017-10-20 08:50:45
 
5.转印好后,使用记号笔进行补板,补板完成后,进行腐蚀;本次采用HCL/H2O2/H2O配合进行腐蚀;大约几分钟就搞定了。
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  • 2017-10-20 08:51:25
 
6.这是腐蚀后并且打孔成功的AC-DC和协议板子。
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  • 2017-10-20 08:51:48
 
7.这是清洗后的AC-DC和协议板子;并且进行上松香谁进行保护。
接下来的工作就是进行焊接调试了。
killaws
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  • 2017-10-20 16:41:12
 
竟然自己做板子,牛
liguanghui2588
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  • 2017-10-20 16:49:44
 
楼主你后面输出串的mos管,下面那个芯片干啥用的
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  • 2017-10-20 20:47:45
 
你说的是AC-DC次级输出MOS下面的芯片吗,那个是同步整流的控制IC。
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  • 2017-10-21 11:03:57
 
打板太慢了,所以自己动手做了。
何仙公
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  • 2017-10-23 09:53:33
 
下次打版找你了
张高琨
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  • 2017-10-23 10:57:47
 
用普通PWM+LOW VF肖特基+各种PD,效率到了90.5%
再上同步>91没毛病
张高琨
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  • 2017-10-23 14:39:55
 
嘉立创打样现在不是已经2天发货吗?
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  • 2017-10-23 19:11:29
 
师傅你说笑吧
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  • 2017-10-23 19:12:45
 
是的,现在打样也比较快了;手工做板有手工做板的乐趣吧。
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  • 2017-10-23 19:13:32
 
是啊,目标定低点,也比较好实现嘛
liguanghui2588
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  • 2017-10-24 12:58:50
 
图中的VBUS就是接适配器的输出,
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  • 2017-10-24 13:33:42
 


这是已经焊接好了的PD协议小板,现在就等协议触发器回来调试了。
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  • 2017-10-24 13:34:01
 




已经焊接好贴片元件的AC-DC,发现SR IC没有,估计是还没有邮寄吧;
插件的还在备料中。发现不足的是,次级的SR MOS的封装用错了,
下一板中的更正。
PeterXu
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  • 2017-10-24 21:21:41
 
R1-R6分压电阻阻值你取多少?按照LDR6032计算公式与下面原理图阻值计算有出入
killaws
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  • 2017-10-25 08:32:41
 
这里的RF4和CF1是做PI调节用的吗?

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  • 2017-10-25 10:39:08
 
是的,没错。
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  • 2017-10-25 10:40:25
 

我是先按照这个公式计算的,由于设备还没有搞好,还没有调试,到时候再根据调试再做
相应的调整。
killaws
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  • 2017-10-26 08:25:59
 
哪这个参数要怎么配呢?
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  • 2017-10-27 09:03:12
 
这个是开关电源反馈系统里面的难点,也是重点;具体计算是比较复杂的,涉及的太多;如果想学习,建议先看看控制原理等控制方面的资料。
killaws
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  • 2017-10-27 09:14:17
 
小板子很漂亮,点个赞!
顺便问下,这样的板子最小线宽能做到10mil
liguanghui2588
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  • 2017-10-27 13:56:35
 
充电效果咋样
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副总工程师
  • 2017-10-27 18:02:13
 
元器件还没有备齐,还没有调试了。
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  • 2017-10-30 18:23:10
 
插件部分已经基本完成了,现在就差一个变压器了;有时间绕制一个变压器就可以上电试机了。
jazzclassics
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本网技师
  • 2017-10-31 09:41:48
 
好手艺! 为什么用ICE5Q不用ICE2Q呢?
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  • 2017-10-31 19:10:27
 
想尝试一下英飞凌的新IC,如果搞不定,再转战IEC2Q。
jazzclassics
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本网技师
  • 2017-10-31 22:46:38
 
我也想用ICE5, 但看了英飞凌自己发布的ICE5的样板之后,觉得还是ICE2更靠谱。


兄弟的创新精神值得鼓励!顶!
PeterXu
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  • 2017-11-1 14:09:29
 
IEC5Q保护功能增加了输入过电压,Brownout,和CS short to GND,其他好像也没有什么改变。还有就是内部SOURCE到CS端又增加了一个MOS,不知道这样做是为什么?我用的也是ICE5Q
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  • 2017-11-2 16:49:13
 
感谢你的回复;新出来的估计没有原来的成熟,但是肯定有新的改进,就不懂是好是坏了,还是要等调试了才知道。
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  • 2017-11-2 16:50:46
 
从内部框图来看,增加的MOS猜测是做保护用的吧。
PeterXu
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  • 2017-11-7 13:23:17
 
调试时候发现Vin引脚分压电阻电压与Rup和Rlow不成比例(只焊接了分压电阻和ICE5Q,分压电阻阻值测试过没有问题),到现在片子还不能正常工作。。你的调试得如何了?
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  • 2017-11-8 08:44:16
 
最近在忙其他的,变压器还没有绕好了;等调试了,再告诉你。
jazzclassics
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本网技师
  • 2017-11-10 08:54:56
 
PCB上怎么没看到PD部分电路呢?
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  • 2017-11-12 13:31:38
 
目前是分开调试的,暂时还没有画上去。
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  • 2017-11-13 10:04:13
 

周末有时间,开始绕制变压器了;
其变压器初步设计是:RM10,46:8:8T(先做高压验证,所以VCC没有考虑5V的情况),电感量625uH左右。
采用三明治绕法;其顺序是:初级--VCC--次级--次级;
根据RM10骨架槽宽,有如下的绕制;

如上图是已经绕制好了N1层初级的。
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  • 2017-11-13 10:11:45
 

套好套管,并贴上两层的玛拉胶带。
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  • 2017-11-13 10:14:43
 

     进行N2绕制,也就是VCC层,采用0.35*1进行8T绕制;居中绕制,周边的空缺部分采用
挡墙进行填充,方面下一层的绕制。

套好套管,并包上两层玛拉胶带。
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  • 2017-11-13 10:15:00
 

包上胶带后。
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  • 2017-11-13 10:15:19
 

N3层,也就是次级输出,采用0.9的三层绝缘线进行8T绕制。
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N4层,初级层,用0.35*2进行22T绕制。
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整理好线头,并进行焊接。
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进行初步的电感量测试,然后进行开气息,进行电感量调节。
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  • 2017-11-13 10:16:26
 

采用金钢锉进行磁芯中柱打磨;要一边磨一边进行测试,也就是稍微磨下,就要装上测试一下;
避免打磨过头。
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副总工程师
  • 2017-11-13 10:16:58
 

将电感量调节到625uH附件就可以了。
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  • 2017-11-13 10:17:12
 

绕制好的变压器。由于调试使用,暂时不进行浸泡。
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  • 2017-11-13 10:17:25
 
安装好变压器的整机。有时间就进行上电调试了。敬请期待。
swin1203
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本网技工
  • 2017-11-13 11:28:35
 
空载和轻载输入功率?
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  • 2017-11-16 08:58:07
 
到时候做在一起再进行这项的测试。
huang00134042
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本网技工
  • 2017-11-17 08:11:08
 
自己绕的,手工不错啊!
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  • 2017-11-17 21:02:32
 
PD协议调试已经基本完成了,一共进行了三个版本的不断调试才成功了,
下面就来看看各版本:


这是第一版本的LDR6032的调试版本。
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  • 2017-11-17 21:02:48
 

这是第二版本的LDR6032的调试版本。
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  • 2017-11-17 21:03:07
 

这是第三版本的LDR6032的调试版本。
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  • 2017-11-17 21:04:55
 
为了调试LDR6032这个协议芯片,特地花了200大洋买了一个LDR专用的协议
诱骗器,就是如下这么小个,就两百大洋啊。
下面是诱骗器和LDR6032通过Type-c数据线链接在一起,准备测试。
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  • 2017-11-17 21:08:05
 
诱骗5V输出的情况,由于是采用Buck芯片进行调试,所以没有带重载。
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  • 2017-11-17 21:08:13
 
诱骗9V输出的情况
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  • 2017-11-17 21:08:23
 
诱骗12V输出的情况
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  • 2017-11-17 21:08:32
 
诱骗15V输出的情况
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  • 2017-11-17 21:08:45
 
诱骗20V输出的情况
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  • 2017-11-19 09:21:04
 
我们申请了好几个样品,居然200大洋一个
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本网技师
  • 2017-11-19 11:04:09
 
恭喜恭喜!
pcb都做了三个版本,看来相当不好做啊。是按DATASHEET的电路吗?
四个FBD引脚外接电阻的阻值分别是多少?
我的取样电阻的阻值分别是10k和39k,计算的FBD电阻的阻值分别是31.9K,42.6K,41.8K,25k.不知道兄台的是多少呢?

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本网技师
  • 2017-11-19 11:06:07
 
ICE5Q好用吗?
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  • 2017-11-20 13:19:57
 
是啊,就是这么贵。
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  • 2017-11-20 13:24:05
 
感谢你的回复;
是按芯片规格书的原理图,只是我把那个BUCK芯片换了下,但是不影响结果;
5V默认分压电阻分别是470K/147K(1.25V的基准);
FBD分别为:147k/82K/56K/36K;可以根据电压进行微调。
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  • 2017-11-20 13:25:48
 
ICE5Q不怎么好调试,目前只能带载到20W左右;
由于时间关系,已经更换IC了,后续有时间再慢慢折腾。
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  • 2017-11-21 15:16:00
 
兄台所用的乐得瑞的规格书可以贴一份来看看吗? 
我手里乐得瑞的规格书版本是1.2版,看他家的规格书在分压电阻计算这一块儿写的很不清楚。



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本网技师
  • 2017-11-21 16:02:05
 


这是规格书里给的参考电路图




计算公式很让人费解。

也许公式中的RL应该是电路示意图Figure3中RL并联R1/R2/R3/R4后的值。

但如果真这样,那么R1/R2/R3/R4都在IC内部通过逻辑控制接地。这样一来LDR6032这芯片岂不是只有拉电流没有灌电流的功能?用它来控制变换器,输出电压只能升高不能降低。
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  • 2017-11-21 16:13:00
 
可以带载测试了啊又要恭喜啦!

用英飞凌的IC做PD电源变换器真的是给电源工程师出难题。它家没有一个成功设计是支持可变输出电压的。另外规格书也写得不很明白。这不得不让人怀疑英飞凌这颗IC是不是买了别家的设计,而自己也没吃透。
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  • 2017-11-21 20:09:19
 
兄台说的是;经过最近的调试,确实只能升压,不能降压。
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  • 2017-11-21 20:10:34
 
如下是LDR6032 V1.4的规格书: LDR6032 Spec EN V1.4.rar
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  • 2017-11-21 20:29:40
 
谢谢您的回复;
虽然是可以带载,但是就像您所说的,要搞定这个IC是不容易的;
由于时间关系,加上上班比较忙,所以暂时更换IC了。
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  • 2017-11-21 20:51:44
 
      这是ICE5QSAG这个IC做的版本,照片拍的是带载0.5A的时候,最大有带载到1.1A左右,正常工作没有问题;继续再大点就会进入保护了;通过测量VCC电压,有点像
是进入OVP保护了;同时也更换了一次侧MOS的S极的电阻,应该不会是OCP保护;
由于时间关系就没有更换变压器了,有时间再慢慢研究一下。
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  • 2017-11-21 20:52:06
 
   这是ICE5QSAG第一版,也是我的V_2.1版本的PCB;由于一些元器件要多次利用,
所以先拍个照片留念一下啦。
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  • 2017-11-21 20:52:20
 
这是采用ICE2QS03G设计的版本,标称V_2.2版本;此IC比较好
应用,各种参数基本定型了,参考资料也比较多,所以调试
起来也比较快了。
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  • 2017-11-21 20:52:38
 


V_2.2版本的PCB,下图是焊接好的PCB板子。
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  • 2017-11-23 10:17:38
 
    目前AC-DC和PD模块已经发去打样了,应该每天就可以回来了,焊接好久可以进行整机优化调试了,敬请期待。
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  • 2017-11-24 14:54:04
 
兄台的设备很齐啊。这是什么牌子的电桥?好用吗?
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本网技师
  • 2017-11-24 15:29:20
 
无独有偶,我用ICE2Q也是带载测试通不过,带载1A就保护。个人觉得这IC是自己用过的最难用的,当然这不是英飞凌这颗IC不好,自己水平经验的问题罢。


兄台上一张Vcc, Zcd和开关管漏极波形看看。ICE5 Vcc10.5-25V,兄台46:8:8的变压器Vcc应该不会OVP吧,我的39:16:8才OVP。


改天我把ICE2的设计指南好好研究后看可否搞定这个问题。
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  • 2017-11-24 18:29:30
 
老兄,用的是这个牌子的电桥,感觉还可以。
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  • 2017-11-24 18:30:40
 
打样回来的AC-DC模块的PCB,嘉立创打的样板,感觉质量还可以;
暂时还没有发现什么错误,等下焊接看看有没有什么错误。
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  • 2017-11-24 18:34:16
 
打样回来的Type-C PD模块的PCB.
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  • 2017-11-24 18:34:39
 

通过两个小时的奋战,终于把贴片部分给搞定了,一边找元器件,一边焊接,效率就是低;
通过焊接,暂时没有发现什么不足的地方。
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  • 2017-11-24 18:34:51
 
PD协议小板,其中取样电阻还没有计算好,所以暂时还没有焊接。稍后继续焊接。
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  • 2017-11-28 20:06:25
 
已基本调试完工了,剩下的就是优化了。
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  • 2017-11-28 20:06:35
 
ICE2Q相当于5Q来说,好调试多了;一是资料多,二是2Q的IC比较成熟了。当然这也跟
自己的能力关系比较大,相对厉害的大神来说,搞定5Q也不是什么难事。
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  • 2017-11-28 20:06:44
 


这是PCB的贴片面,改来改去,有点脏了;下一版本,将继续优化;
PeterXu
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高级工程师
  • 2017-11-28 22:08:03
 
你好,有两点疑问麻烦您解答一下:
1.FB脚是直接将ICE2Q的Vfb通过电阻与LDR6032的ENV脚相连吗?
2.TL431电压基准是2.5V,我们要按照2.5V的计算电阻吧?不能直接采用1.25V基准的475K和147K
张高琨
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版主
  • 2017-11-29 03:20:12
 
没有那么复杂的啊.....TYPE-C PD应用我都搞了2代了....并不复杂...思路对了..一切明朗
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副总工程师
  • 2017-11-29 09:01:44
 
1. 是通过电阻直接连接在AC-DC模块的分压取样电阻上;
2. 2.5V的根据规格书上的公式计算即可。
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副总工程师
  • 2017-11-29 09:03:28
 
感谢你的回复;
是的,思路对了,就容易了;
在不知道的情况下,只能不断的摸索,才能找到对的思路。
jazzclassics
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本网技师
  • 2017-11-29 20:51:49
 
恭喜恭喜!
能把ICE2Q和LDR在一台机上搞定的非君莫属!!
期待优化结果。
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  • 2017-12-1 13:21:54
 
感谢您的祝贺;
目前优化版本已经发去打样;
变压器也在重新优化设计中;
敬请期待。
jazzclassics
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本网技师
  • 2017-12-1 18:02:52
 
加油!
我做的QC3快充也完工了,呵呵。
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  • 2017-12-2 21:47:59
 
感谢!
大家一起学习,加油哈。
不懂宽范围的输出,其待机功耗怎么样。
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  • 2017-12-2 21:47:59
 
感谢!
大家一起学习,加油哈。
不懂宽范围的输出,其待机功耗怎么样。
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本网技师
  • 2017-12-3 12:38:05
 
我的QC3是PI的IC做的。个人感觉多电压的待机功耗比单电压的要大。因为主变换器和辅助电源都不可能在某一个电压下优化到最高效率和最低功耗,辅助电源还要针对宽电压的输出做特殊的设计。
但是我没有毫瓦级的功率计去测。
兄台按LDR6032 1.4版本的规格书去做的接口板吗?我按v1.4去做结果一通电,板子VBUS就会有输出,VBEN直接给高电平去开通mos管q1。这是什么问题呢?你调LDR6032有没有遇到什么问题?我早就预料到LDR6032不好整,但是没想到这么难搞。简直要崩溃...

PeterXu
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高级工程师
  • 2017-12-3 20:48:54
 
看到他的PCB图,是1.4版本的引脚。。我按照1.2引脚画的
PeterXu
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  • 2017-12-3 20:52:58
 
请问对这种宽范围输出,输出电压和辅助绕组电压选择多少进行变压器设计?另外60W的功率,你的整流桥这么小,温度应该超80℃了吧?
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  • 2017-12-4 09:16:08
 
是的,宽电压的待机功耗确实有点难解决;
但是通过对VCC绕组进行处理一下,也有可能做好;
是的,按1.4版的规格书做的PD板;我的也是一上电就会导通,应该是IC的时序就是这样吧;确实不好调,遇到的问题多了,连续搞了几个版本才基本实现功能。
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  • 2017-12-4 09:16:49
 
按1.2的我也搞过,但是由于种种原因,没有成功,所以放弃了。
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  • 2017-12-4 09:30:44
 
20V到5V相差4倍电压,再由于其他原因,虽然不是成线性变化,至少需要2倍吧;
考虑到待机以及OVP等,具体以实际调试为准。
整流桥用的是DB207S(2A1000V),贴片封装,依靠PCB和包裹散热片散热;
低压输入满载时40度环境温度其温升在110度左右,符合设计要求。
jazzclassics
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  • 2017-12-4 13:57:48
 
兄台是不是把6032重新烧录后才搞定的呢?还是做了某种特殊方法来激活这颗IC?
jazzclassics
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本网技师
  • 2017-12-4 14:37:30
 
兄台是不是把6032重新烧录后才搞定的呢?还是做了某种特殊方法来激活这颗IC?
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  • 2017-12-4 23:36:06
 
不是,以1.4版的原理图做的,其网络标号一定要看清,虽然原理图上7脚和9脚是互换了,
但是网络标号是对的。
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  • 2017-12-9 23:24:09
 
由于年底了,公司的事情比较多,所以做这个电源,都是断断续续的做;
很多地方都考虑的不是很到位,所以完成时间一拖再拖,感谢王姐和恬恬的理解;
目前正在抓紧时间做测试报告,希望下周五能够邮寄出去。
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  • 2017-12-11 10:47:22
 

给变压器浸泡清漆;
浸漆的好处很多,不仅可以防止震动发声,还能散热固定等。
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  • 2017-12-14 15:44:30
  • 倒数10
 
使用亚克力板子自己DIY了一个外壳,如下图所示。

分别留有AC接口和Type-C接口孔。
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  • 2017-12-14 15:44:51
  • 倒数9
 
考虑到散热问题,特地在地面增加了一块1mm后的铝片。
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  • 2017-12-14 15:49:41
  • 倒数8
 

输入115v输出60W烧机半小时后的热成像图;
上图是原边MOS温度;
下图是整流桥温度。
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  • 2017-12-14 15:51:39
  • 倒数7
 

输入115v输出60W烧机半小时后的热成像图;
上图是变压器温度;
下图是贴片面温度。
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  • 2017-12-14 15:55:19
  • 倒数6
 
20V输出时,OVP测试图。

开机时间测试。
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  • 2017-12-14 15:58:52
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264V输入情况下原边MOS的VDS和VGS波形图;上图是空载,下图是满载;
紫色VDS,黄色VGS。
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  • 2017-12-14 16:03:42
  • 倒数4
 

264V输入情况下原边MOS的VDS和VGS以及SR MOS的VDS波形图;
上图是空载,下图是满载; 
紫色VDS,黄色VGS,浅蓝色SR MOS VDS。

PeterXu
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  • 2017-12-16 20:30:31
  • 倒数3
 
上次你说整流桥温度110℃,加了散热片是贴住了整流桥吗?温度怎么降了这么多?
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  • 2017-12-20 19:58:38
  • 倒数2
 
110度是在40度环温下90V满载的情况下;
目前这个温度是裸板在12度环温下115V满载情况下测得。
所以会不一样。
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