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65 W USB PD 3.0的手机或笔记本充电器

本文件描述了使用InnoSwitch3 Pro PowiGaN INN3370C-H302 IC、MinE CAP MIN1072M和VIA Labs VP302 USB PD控制器输出的65 W USB PD电源,具有5 V/3 a、9 V/3 a和15 V/3 a,20 V/3.25 a或3.3 V–21 V可编程电源(PPS)。电源的USB PD电源功能如下所示。

 5 V/3 A(固定电源PDO)

 9 V/3 A(固定电源PDO)

 15 V/3 A(固定电源PDO)

 20 V/3.25 A(固定电源PDO)

 3.3 V–21 V/3 A(可编程电源APDO)

该设计证明了由于InnoSwitch3 Pro控制器的高集成度和MinE CAP系列IC的总体积减少,可以实现高功率密度和高效率。MinE Cap用于最小化输入大容量电容器的物理尺寸,以及使用低轮廓平面磁性元件,实现了82mm(L)x 51mm(W)x 12mm(H)的尺寸,具有21.22W/in3的功率密度。

实物图如下:

电路图如下:

InnoSwitch3 Pro使用L引脚的电流来确定线路欠压和过压条件。在正常操作过程中,来自L引脚的电流跟随流经R3和R5的电流,因此InnoSwitch3 Pro IC的操作就像所述电阻器直接连接到V引脚一样。电阻器R1是一个泄放电阻器,用于调节C2两端的电压,而电阻器R4是由MinE CAP用于对C2的负端子处的电压进行采样。

对于此特定设计,旁路电容器C16由InnoSwitch3 Pro IC的BPP引脚和MinE CAP的BP引脚共享。C8的值根据InnoSwitch3 Pro IC的期望电流限制进行选择。变压器初级的一端连接到母线,另一端连接到InnoSwitch3 Pro DRAIN引脚。由二极管D3、电阻器R9、R10和R13以及电容器C6形成的低成本RCD缓冲器在关闭期间通过耗散存储在变压器的漏电感中的能量。

InnoSwitch3 Pro IC有一个内部电流源,当首次施加交流输入时,该电流源为电容器C16充电。一旦InnoSwitch3 Pro IC开始切换,并且在正常操作期间,偏置电流从变压器的辅助绕组中汲取。

InnoSwitch3 Pro IC的次级侧为FET提供输出电压和电流感测以及栅极驱动,用于同步整流。变压器次级绕组两端的电压由次级侧FET(或SR FET)Q2和Q3整流,并由并联电容器C8、C9和C10滤波。开关瞬态期间会产生辐射EMI的高频振铃通过RCD缓冲器R11、C5和D2减小。

输出效率曲线

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aebote
LV.1
2
2022-10-26 13:04

 能否科普一下IC的内部电流源是如何实现的。

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tanb006
LV.10
3
2022-11-24 22:05
@aebote
 能否科普一下IC的内部电流源是如何实现的。

大致原理是三极管和运放组成的恒流源。

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tanb006
LV.10
4
2022-11-25 21:43

仔细一看,居然是两个桥堆并联。

有那么大的面积为啥不用一只大桥堆呢?

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2022-11-28 11:53

InnoSwitch3 Pro控制器的高集成度和MinE CAP系列IC的总体积减少,整体温度如何?效率可以做到多少?

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svs101
LV.8
6
2023-01-11 14:06

楼主这个PCB设计布局比较精致,充分利用空间,缩小产品的体积,

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紫蝶
LV.9
7
2023-03-09 10:15

通过测试曲线可以看出不同输出电压,电源的效率都超过了90%,非常不错。

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2023-04-18 18:01
@tanb006
仔细一看,居然是两个桥堆并联。有那么大的面积为啥不用一只大桥堆呢?

innoswitch设计的PCB就是比较小,布局紧凑,也比较薄,自身集成多种功能,不需要外部设计

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k6666
LV.9
9
2023-05-15 14:56
@tanb006
仔细一看,居然是两个桥堆并联。有那么大的面积为啥不用一只大桥堆呢?

无源钳位解决方案会降低反激效率或导致电源体积更大和/或温度更高。

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ehi763
LV.6
10
2023-07-17 20:50
@k6666
无源钳位解决方案会降低反激效率或导致电源体积更大和/或温度更高。

无源初级钳位RCD解决方案需要耗散大量的热量并且会限制反激式电源的效率 在每个开关周期中,钳位中的能量都会损失。

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lishuai110
LV.4
11
2023-07-27 15:19

非常想知道这款产品的平板变压器是咋设计的,其他都能看懂,最关键的这个变压器有没有设计资料?

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XHH9062
LV.8
12
2023-07-27 23:31

设计的很紧凑,还不错的

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xxbw6868
LV.9
13
2023-08-10 13:45
@ehi763
无源初级钳位RCD解决方案需要耗散大量的热量并且会限制反激式电源的效率在每个开关周期中,钳位中的能量都会损失。

当电路中出现电压尖峰时,电容会吸收电压的能量,而电感则会将电压尖峰的能量转化为电流。

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spowergg
LV.9
14
2023-11-11 12:49
@aebote
 能否科普一下IC的内部电流源是如何实现的。

可靠软件来改变控制电流电压,就能够更好的支持USB PD3.0子集中的PPS,可以更精确的控制输出的电压档位。

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trllgh
LV.9
15
2023-11-11 15:46
@svs101
楼主这个PCB设计布局比较精致,充分利用空间,缩小产品的体积,

高频环路是指变压器原边环路和副边环路,PCB layout时候要减小环路路径,减小噪声,或者加并联小的电容。

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