高功率密度45W PD适配器设计(平面变压器)设计
1.简介
此篇文档为便携式高效 45W 20V 适配器报告文档。适配器选用 Infineon 的第 二代电流模式 QR Flyback 控制器 ICE2QS03G,主功率开关管采用 Infineon 第 7 代 CoolMOS IPL60R185P7,该 MOS 采用超薄封装(ThinPAK 8×8) 可以有效减 小适配器体积,较小的 Rds(on)×Qg(185mΩ×25nC)可有效减小 MOS 损耗。本设 计的最显著特点就是体积小,效率高。
2.使用说明
左侧红蓝线为输入 L 和 N 线,右侧红黑线为输出正和负。
(a)正面 (b)反面
图 1 45W 适配器图片
3.规格说明
输入参数:AC 85-265Vac ~ 50/60Hz 输出参数:DC 20V/2.25A 保护功能:输出过压保护,输出过流保护,过温保护 输出纹波:<50mV
待机损耗:<100mW 效率:最高效率≥93% 体积(长×宽×高):48mm*37mm*21mm 功率密度:1.206W/cm3
4.测试报告
4.1 效率、调整率及纹波测试
Vin
(Vac/Hz) |
Pin(W)
|
Iout(A)
|
Vout(V)
|
Pout(W)
|
Vout_PP
(mV) |
η(%)
|
Avg. η
(%) |
110Vac
/60Hz
|
0.23
|
0.00
|
|
— |
22.70
|
— |
— |
5.83
|
0.23
|
20.04
|
4.609
|
11.30
|
79.06%
|
— |
12.70
|
0.56
|
20.04
|
11.222
|
17.50
|
88.36%
|
90.82%
|
24.86
|
1.13
|
20.04
|
22.645
|
25.10
|
91.09%
|
36.82
|
1.69
|
20.04
|
33.868
|
29.50
|
91.98%
|
49.10
|
2.25
|
20.04
|
45.090
|
39.40
|
91.83%
|
220Vac
/50Hz
|
0.43
|
0.00
|
20.06
|
— |
23.90
|
— |
— |
6.06
|
0.23
|
20.05
|
4.612
|
21.50
|
76.11%
|
— |
13.22
|
0.56
|
20.05
|
11.228
|
19.10
|
84.93%
|
90.29%
|
25.00
|
1.13
|
20.05
|
22.657
|
22.10
|
90.63%
|
36.63
|
1.69
|
20.05
|
33.885
|
23.10
|
92.51%
|
48.45
|
2.25
|
20.04
|
45.090
|
30.20
|
93.07%
|
265Vac
/50Hz
|
0.43
|
0.00
|
20.06
|
— |
25.30
|
— |
— |
6.34
|
0.23
|
20.05
|
4.612
|
25.70
|
72.74%
|
— |
13.33
|
0.56
|
20.05
|
11.228
|
24.10
|
84.23%
|
90.00%
|
25.30
|
1.13
|
20.05
|
22.657
|
33.80
|
89.55%
|
36.80
|
1.69
|
20.04
|
33.868
|
35.40
|
92.03%
|
48.50
|
2.25
|
20.04
|
45.090
|
40.20
|
92.97%
|
4.1.1 效率 VS 输入电压
图 2 不同输入电压下效率
最大效率ηmax=93.07% @ 220Vac/50Hz& 2.25A.
4.1.2 负载调整率
图3不同输入电压下负载调整率
4.1.3 线路调整率
4.2 测试波形图
4.2.1 启动延迟时间
|
| Ch1(黄色):输入电压(Vin)
Ch2(绿色):输出电压(Vout)
| Ch1(黄色):输入电压(Vin)
Ch2(绿色):输出电压(Vout)
| 启动时间@110Vac&满载=188ms
| 启动时间@265Vac&满载=170ms
|
4.2.2 输出上升时间
|
| Ch2(绿色):输出电压(Vout)
| Ch2(绿色):输出电压(Vout)
| 上升时间@110Vac&满载=19ms
| 上升时间@265Vac&满载=17ms
|
4.2.3 启动原边 MOS 管 DS 波形
|
| Ch3(蓝色):主 MOS 漏极电压(VDrain)
| Ch3(蓝色):主 MOS 漏极电压(VDrain)
| 110Vac :VDrain_pk=337V
| 265Vac :VDrain_pk=514V
|
4.2.4 关断延迟时间
|
| Ch1(黄色):输入电压(Vin)
Ch2(绿色):输出电压(Vout)
| Ch1(黄色):输入电压(Vin)
Ch2(绿色):输出电压(Vout)
| 关断时间@110Vac&满载=22ms
| 关断时间@265Vac&满载=234ms
|
4.2.5 负载跳变波形
|
| Ch1(黄色):输出电压纹波(Vripple) Ch4(紫色):负载电流(Iout)
| Ch1(黄色):输出电压纹波(Vripple) Ch4(紫色):负载电流(Iout)
| 110Vac, Io=0.0A
2.25A, 1.5A/us
Vripple_pp=274mV(探头@20MHz)
| 265Vac, Io=0.0A
2.25A, 1.5A/us
Vripple_pp=271mV(探头@20MHz)
|
4.2.6 满载输出电压纹波
|
| Ch1(黄色):输出电压纹波(Vripple)
| Ch1(黄色):输出电压纹波(Vripple)
| 110Vac :Vripple=40mV(@20MHz)
| 265Vac :Vripple=29.3mV(@20MHz)
|
4.2.7 空载输出电压纹波
|
| Ch1(黄色):输出电压纹波(Vripple)
| Ch1(黄色):输出电压纹波(Vripple)
| 110Vac :Vripple=31.8mV(@20MHz)
| 265Vac :Vripple=25.3mV(@20MHz)
|
4.3 热成像测试
No.
|
器件 | 110Vac/60Hz
45W load(℃)
| 265Vac/50Hz
45W load(℃)
| 1 | 原边 MOS Q1(IPL60R185P7)
| 80.9 | 80 | 2 | 副边 MOS Q2(BSZ0804LS)
| 84 | 78.5 | 3 | 变压器 T1
| 92.5 | 91 | 4 | 整流管(BD1-BD4)(max ℃)
| 88.3 | 68.5 | 5 | RCD 吸收二极管(D2A, D2B)(max ℃)
| 84.4 | 80.1 | 6 | 输入滤波电容 C1
| 63 | 57.2 | 7 | 环境温度
| 25 | 25 |
|
| PCB 正面, 110Vac/60Hz@满载 (25℃工作 30 分钟) | PCB 正面, 265Vac/60Hz@满载 (25℃工作 30 分钟) |
|
| PCB 背面, 110Vac/60Hz@满载 (25℃工作 30 分钟) | PCB 背面, 265Vac/60Hz@满载 (25℃工作 30 分钟) | 图245 适配器热测试图像
5.PCB Layout
图 3 PCB 顶层布线及丝印
图 4 PCB 底层布线及丝印
图545W 适配器 3D 模型
6.原理图
图645W 适配器原理图
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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