基于ST 原邊PWM IC STCH03和 副邊PD控制芯片STM32G071KB的緊湊型高效率27 W USB Type-C PD3.0與PPS適配器參考設(shè)計(jì)
該方案STEVAL-USBPD27S是一款緊湊型27 W AC-DC的適配器參考設(shè)計(jì),滿足USB Type C PD3.0和PPS協(xié)議。59x35x21mm PCB尺寸是實(shí)現(xiàn)了最大的功率密度。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202211/440953.htm1.STEVAL-USBPD27S包含兩個(gè)主要部分:
電源原邊部分,包含一個(gè)N-channel 650V的MDmesh M6功率MOSFET STD7N65M6(內(nèi)阻為0.91R),其控制芯片是離線PWM控制器STCH03,適用于低待機(jī)的充電器與適配器。
電源副邊數(shù)字控制部分:基于STM32G071KB(主流Arm Cortex-M0+ MCU),該芯片完全集成USB Type-C功率輸出控制器。
STEVAL-USBPD27S提供兩個(gè)固定PDOs (5v最高5a, 9v最高3a)和兩個(gè)可編程APDOs (5v Prog最高5a,和9vProg最高可達(dá)3 A)。
3.輸出電壓電流分別是20 mV和50 mA的分辨率,以完美地應(yīng)對(duì)PPS特性。該方案有負(fù)載前饋,OVP, UVP, OC和短路保護(hù)。
4.該DEMO滿足歐洲CoC 5 Tier 2及美國(guó)DOE VI級(jí)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。
5.它確保CC線路上的ESD保護(hù)符合IEC61000-4-2 指令以及VBUS引腳上的浪涌電流的免疫
符合IEC61000-4-5(8/20μs)標(biāo)準(zhǔn)。
6.該系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)測(cè)試:輸入電壓115和230 VAC,半載和滿載條件下,滿足噪聲排放和符合EN55022 (B類)標(biāo)準(zhǔn)。
STCH03是反激式QR準(zhǔn)諧振PWM控制器設(shè)計(jì)??刂破骺梢允褂弥饕ㄟ^(guò)光耦反饋提供恒定輸出電流電壓(CC/CV)調(diào)節(jié)。反激變換器的優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單,容易設(shè)計(jì),成本低,方案成熟可靠性高,在小功率65W以內(nèi)的電源應(yīng)用非常廣泛,缺點(diǎn)是輸出紋波偏大。
器件STCH03的主要特點(diǎn):
1.該器件在同一封裝中集成了高性能低壓PWM控制器芯片和650V高壓?jiǎn)?dòng)單元。
它還具有極低的靜態(tài)電流和突發(fā)模式管理,這些功能有助于在空載條件下將殘馀輸入功耗降至20mW以下。
2.器件是QR準(zhǔn)諧振模式,可以有效提高重載滿載效率。
3.該器件提供完善的輸出過(guò)壓保護(hù)OVP,過(guò)溫保護(hù)OTP,輸出過(guò)流OCP和短路SCP保護(hù),它還為變壓器飽和或次級(jí)二極管短路時(shí)提供保護(hù),并提供輸出UVP保護(hù),限制輸出短路時(shí)的平均輸出電流。
器件STM32G071的主要特點(diǎn):
1.高性能單片機(jī)STM32G071KBU6N,應(yīng)用在數(shù)字控制板前端,管理整個(gè)應(yīng)用程序。是Arm?Cortex?-M0+ 32位RISC核,工作頻率高達(dá)64MHz。
2.控制副邊的同步整流,自適應(yīng)同步整流算法可以處理所有可能的負(fù)載條件,以獲得最佳的電力效率。
3.集成USB Type-C?和電源輸送接口(UCPD),支持電源輸送規(guī)格:USB Type-C?電纜和連接器和USB供電規(guī)范
運(yùn)行USB-PD中間件堆棧(x - cube USB-PD)和滿足PD充電協(xié)議
實(shí)現(xiàn)輸出電壓20mV和輸出電流50mA的分辨率, 滿足 PPS協(xié)議
具有OVP、UVP、OC和短路保護(hù)。
該Demo板的待機(jī)功耗和效率測(cè)試報(bào)告如下:待機(jī)功耗滿足六級(jí)能效的要求小于等于75mW,各個(gè)輸出電壓(3.3V 5V 5.9V 9V 11V)的四點(diǎn)平均效率輕松滿足六級(jí)能效的要求。
待機(jī)功耗測(cè)試如下:
各輸出電壓的四點(diǎn)平均效率測(cè)試如下:
?場(chǎng)景應(yīng)用圖
?展示板照片
?方案方塊圖
?核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1. 反激變換器最新技術(shù)—初級(jí)采用反激QR準(zhǔn)諧振技術(shù),
2. STCH03感應(yīng)反饋提供恒定輸出電流(CC)調(diào)節(jié),無(wú)需專用電流基準(zhǔn)IC或電流傳感器
3. 高效率,低待機(jī)功率(低于40 mW)和最佳EMI性能。集成保護(hù)功能包括OTP,OCP,SCP OVP保護(hù),可顯著提高最終產(chǎn)品的安全性,可靠性。
4.副邊采用STM32G071KBU6N MCU(應(yīng)用在數(shù)字控制板前端,管理整個(gè)應(yīng)用程序。是Arm?Cortex?-M0+ 32位RISC核,工作頻率高達(dá)64MHz)來(lái)數(shù)字控制,
?采用自適應(yīng)同步整流算法可以處理所有可能的負(fù)載條件,以獲得最佳的電力效率。
?集成USB Type-C?和電源輸送接口(UCPD),支持電源輸送規(guī)格,滿足PD3.0和PPS充電協(xié)議。
?方案規(guī)格
? 滿足USB PD3.0協(xié)議
? 全電壓輸入AC90-264V
? 輸出電壓范圍,輸出電壓對(duì)應(yīng)輸出電流:3.3-11V,5V/5A-9V/3A,輸出功率最大27W。
? 符合歐盟六級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)CoC5.0 2段,以及美國(guó)DOE 六級(jí)能效要求
? 待機(jī)功耗<35mW Pout=0.25W時(shí)效率>50%。
? 數(shù)字驅(qū)動(dòng)和單片機(jī)控制的自適應(yīng)同步整流,以及負(fù)載補(bǔ)償。
? 擁有完善的保護(hù):OVP,UVP,OCP,SCP。
? 通過(guò)ESD法規(guī)IEC61000-4-2: VBUS上接觸電壓> 30kv,CC線接觸電壓達(dá)20KV。
? 通過(guò)浪涌電流法規(guī)IEC61000-4-5:Vbus引腳耐流達(dá)35A--8/20uS
? PCB尺寸:59x35x21mm , 滿足RoHS標(biāo)準(zhǔn)。
評(píng)論