PD-45W充电器DIY分享

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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！    鸣谢：首先感谢世纪电源网给我们提供这样的机会来分享自己的设计成果，锻炼自己帮助他人，感谢专家组风雨兼程，感谢策划组一路陪伴。 前言：分享一款PD-45W手机充电器（兼容PD2.0和PD3.0，接近完工，把自己的设计思路分享给大家，希望能为那些奋战在PD快充设计的兄弟们提供一点帮助。 方案：本方案主芯片iW1799+iW657P+iW676(Dialog半导体)，支持PD2.0/PD3.0/PPS/QC2.0/QC3.0/QC4.0.最大功率45W，兼容世面大多数PD手机/平板/Macbook等 原理图+PCB+测试数据+整机图片（部分已经上传），欢迎大家点赞投票，你的支持是我更新的动力！ 【市场总结与前景】     手机：iPhone8,iPhonex,iPhonexr,华为Mate20,荣耀V10，三星S8/S9,小米9，坚果R1等将近100款新手机已经转移到PD3.0     电脑：戴尔灵越14，戴尔XPS，小米Air13.3-15.6，Mackbook-13.3,联想7000等等提供Typec接口，支持双向PD充电。     前景：PD协议必将统一SCP/FCP/QC2/QC3/QC4/AFC/闪充等协议，尤其是USB3.2发布后，将USB接口功率提升至110W，预计下半年到明年PD将爆发式增长，所以做充电器的你非常有必要了解PD协议。 【DEMO样品】：投票成功可以获取DEMO板（免费顺丰包邮赠送30个，截止时间：2019-03-31），索取DEMO板时，请备注收货地址和联系方式，谢谢！ 【Part1】:名词解释   PD:  Power Delivery Protocol   功率传输协议，PD协议不仅适用于手机，还适用于平板/笔记本电脑/手环等 PDO: Power Delivery Object  功率传送数据（行业内解释：固定电压电流） APDO:Augmented Power Data Object, 扩展的PDO（行业内解释：电压电流可调） PPS:Programmable Power Supply Data Object，可编程的PDO（行业内解释：电压电流可调，PPS是国内定义的，其它国家还没有） Source:  适配器，提供能量的部分 Sink:手机/平板/电脑等，接受能量的部分 Get Source Capabilities:获取适配器PDO和APDO CC1/CC2：TYPEC接口通讯线路 本适配器PDO介绍：PDO1: 5V/3A  PDO2: 9V/3A  PDO3: 11V/3A  PDO4:20V/2.25A  APDO1:  5.9V/3A   APDO2: 16V/2.8A 【Part2】:协议层 CC1/CC2检测：手机端CC1/CC2中的一个线路会有5.1k下拉电阻，适配器加180uA恒流源，手机和适配器都可以检测到1V左右的电压，来判断是CC1还是CC2接入（因为Type-c线里边其实只有一根CC线，市面上的基本都是一根线，所以要判断是CC1还是CC2） Source CAP广播:适配器会持续发送PDO数据10秒，手机接收到Source Cap之后会，发送GoodCRC,通讯握手成功。 【Part3】：芯片介绍 iW1799:原边控制IC（数字内核，无需环路参数调试），PFM和PWM交替以及抖频等，整机静态功耗可以做到65mW。 iW657:协议IC接收到手机电压电流需求之后通过光耦发送数字信号到初级iW1799控制IC,实现稳压稳流的目的。 iW676:同步整流IC，提升整机效率。 【Part4】:适配器图片 【Part5】:安规认证 已经取得：PD3.0(withPPS) and QC4+认证 EMI：满足FCCPart 15B / EN55032B 安全：满足IEC60950,UL1950 Class II 【Part6】:变压器设计 变压器设计：1）输出电压3.3V~20.5V,跨度非常大，会导致主MOS关断时承受的反射电压增加，所以匝比选择不能太大，本方案选择6.6（33/5）。                     2）初级控制IC供电方式，本方案采用正激+反激供电的方式，解决反射电压过大导致IC失效的问题。 变压器参数：初级33匝（0.1mm*20三层绝缘线绕），次级5匝（0.25mm*15三层绝缘线绕），初级感量430uH,磁芯：RM10。三明治结构                    3）计算过程按照基本的DCM反激即可，无特殊技巧。                    4）磁芯必须要接地，即使是很0.1mm细的线，切记！切记！要不然EMC会差10个dB. 【Part7】:iW1799初级IC调试经验总结             1脚：Vsense 检测辅助绕组电压，原边控制。2脚：Dlink,接收次级协议IC发送的电压电流信号（数字），非模拟。             3脚：SD，关断脚，外接NTC实现过温保护。4脚：VCC供电脚， 5脚：GND。6脚：Gate驱动脚，             7脚：电流检测脚，可以加1nF滤波电容。8脚：DET检测脚，接1k下拉电阻即可 【Part8】:iW657协议IC调试经验总结             1脚：Discharge,用于输出电容放电，2脚：DRV，驱动光耦，发送信号到初级，3脚：VCC接输出电容，4脚：Det检测脚，检测SR栅极驱动信号             5脚：Vbus，接输出电容，6脚：Vbus_G驱动Vbus开关MOS管，7/8脚：CC1和CC2用于手机通讯，9/10脚：检测输出电流，一般不用             11脚：SD脚，外接NTC实现OTP功能， 12/14脚：D+/D-用于QC通讯，13脚：GND 【Part9】:iW676同步整流IC调试经验总结             1脚：接SR-MOS的漏极，起机时给IC供电，2脚：Source,接MOS管源极和4脚一起接GND，3脚：OUT接4R7电阻驱动SR-MOS             4脚：GND  5脚：内部LDO稳压输出，接2.2uF瓷片电容   6脚：Vin接Vbus电容，给IC供电，可以串联10欧姆电阻滤波 【Part10】: PCB设计相关 除了安规要求的安全距离外，我们仍然要注意：PCB对EMC和EMI的影响，PCB对ESD的影响，PCB热量分布均匀的原则。                    1）初级单点接地，这个不用解释了，2）iW1799的地线和大电容的地距离尽量短，可以和辅助绕组的地距离稍微远一点，实际测出来前者EMI好一些，因为前后做了3个版本，对比出来的结果。3）MOS管散热让人头疼，夹在中间，无法安装散热片，最后不得不把散热片做成曲线式的，如图（散热片一定要接地，切记，切记）。4）变压器距离适配器外壳要保持2mm距离，确保外壳温度可以过认证。 【Part11】:传导辐射优化总结                    1）增加米勒电容10pF~22PF,可以改善因dI/dt造成的EMI问题，修改栅极驱动电阻可以改善因dV/dt造成的EMI问题                    2）增加高压MOS管的DS电容可以改善因漏感过大造成的EMI问题                    3）变压器采用三明治绕法可以减少漏感和寄生电容，其中层与层之间增加12圈0.1mm的屏蔽层，能有效改善15MHz处的EMI问题                    4）次级SR-MOS增加吸收回路，修改驱动电阻做为预留调节EMI使用                    5）三明治变压器结构效果好，但是价格高，所以必须做出权衡                    6）初级整流桥的GND要增加47uH 0805的磁珠，减少30MHz处的震荡                    7）差模电感并联10KΩ 0805电阻，可以减少差模电感固有频率的震荡                    8）冷机和热机的EMC在低频处差别较大，建议预热之后测试EMC                    9）如果低频EMC超线，应首先考虑更换快速整流桥                    10）Y电容可以减少共模干扰 【Part12】:ESD相关                      1）Type-c接口的CC1/CC2/D+/D-一定要增加5V TVS管，防止和Vbus短路的同时也可以提高ESD能力                      2）变压器次级要增加绝缘套管                      3）次级协议IC要增加0.1uF陶瓷电容                      4）Y电容直连整流桥时，ESD效果最佳，ESD回路最短                      5）在满足安规情况下尽可能增加Y电容容量 【Part13】:老化实验总结                       1）老化1000小时，其中800小时满载老化，200小时状态跳变/动态负载/开关机                       2）老化治具100PCS                       3）老化直通率>98%                       4)老化设备最好有记录功能，记录老化时间，老化进程，当前适配器状态，负载状态，AC输入等参数，便于以后分析 【Part14】: 成本优化 【Part15】:调试工具                    调试输出电压电流需要配备PD测试治具，获取方式：淘宝，PD治具。协议分析：ToTal Phase .通讯是PD电源的精华所在，分析协议也是难度                    较大的地方，建议使用专业的PD协议测试工具，否则量产之后可能会出现适配器和手机/平板/笔记本不兼容的情况

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