本帖最后由 abner_ma 于 2023-11-4 17:09 编辑
● 方案名称： 基于PI Expert Online设计大功率USB-PD电源设计
● 方案简述：
USB-PD（Power Delivery）是基于USB Type-C的一种新型电源供电标准，最大供电功率可达100瓦（W）；随着USB Type-C的普及，越来越多的设备（主机，手机、平板、显示器、工作站、充电器等）使用USB-PD方案。USB Type-C系统带来较高的供电能力。由于传统的USB电缆只容许提供2.5W功率，采用USB Type-C电缆则容许提供高达5V/3A即15W的最大功率， USB-PD可达100W。
● 规格
● 应用
电源传输 (Power Deliver, PD) 协议，电压电流指标就可以提升到20V/5A即100W的最大功率，可以通过USB端口为大型设备供电。
1，笔记本电脑，迷你主机等设备进行充电。新的USB PD 3.0协议还支持可编程电源 (Programmable Power Supply, PPS) 协议，容许对总线电压和电流进行精确调节。
2，大型嵌入式主板供电。
3，智能车供电
4，摄像头，监控
● 电源设计原理图
● 变压器的结构图
● 设计考量
CC (Channel Configuration) 线的作用是对两个连接在一起的设备进行电源供应的配置。初始情况下，USB Type-C接口的VBUS上是没有电源供应的，系统需要在电缆连接期间进行设备角色的定义，插座上的CC线被上拉至高电平的设备将被定义为电源供应者即源端，而被下拉至低电平的设备将被定义为电源消费者即吸端。PD协议的SOP通讯就开始在CC线上进行以选择电源传输的规格：吸端将询问源端能够提供的电源配置参数（不同的总线电压和电流数据）。由于吸端对电源的需求常常是与吸端的系统有关的（例如电池充电器），吸端的嵌入式系统控制器就需要先与吸端的PD控制器进行通讯以确定相应的规格。
保险丝F1可隔离电路并提供保护，防止部件故障和共模扼流圈L1、L2和差模扼流圈L3以及电容器C1和C2，C21 EMI衰减。电容器C3用于降低电源上的共模噪声
供给桥式整流器BR1和BR2对交流线路电压进行整流并提供全波整流DC。薄膜电容器C7提供输入去耦电荷存储以减少输入开关频率和谐波下的纹波电流。当电源接通时，电阻器R1和R2以及U3使电容器C1放电与交流电源断开。金属氧化物变阻器（MOV）RV1通过箝位由电源看到的输入电压。PFS7628C升压转换器4.2升压转换器级由升压电感器T2和PFS7628C IC U4组成。这转换器级作为PFC升压转换器工作，从而保持正弦输入电流到电源，同时调节输出直流电压。升压二极管D4是Qspeed X系列LXA03D530，具有平衡的成本效益解决方案EMI和开关速度性能。在启动期间二极管D3向输出电容器C2提供涌入电流路径，绕过开关电感器T2和开关U4以防止谐振开关电感器和输出电容器之间的相互作用。电容器C27为RTN提供了一个短的高频返回路径，以改善EMI结果并且在关断期间减少U4 MOSFET漏极电压过冲。电容器C2对U1 VCC引脚进行去耦和旁路。电阻器R15编程输出电压电平[通过电源良好阈值（PGT）引脚]，低于该阈值POWER GOOD引脚将进入高阻抗状态。U1 REF引脚上的电容器C23是内部参考的噪声解耦器对全模式的输出功率进行编程，100%额定功率[C23=1?F] 或效率模式，80%[C23=0.1?F] 额定功率。
变压器（T1）初级的一端连接到整流的DC总线；另一个是连接到InnoSwitch3 CP IC（U1）内部的开关的漏极端子。电阻器R4和R5为欠电压和过电压提供输入电压感应保护条件由二极管D1、电阻器R8和R9以及电容器C4形成的低成本RCD箝位限制了在U1内部的开关断开的瞬间U1的峰值漏极电压。夹子有帮助以耗散存储在变压器T1的漏抗中的能量。IC是自启动的，使用内部高压电流源为BPP引脚充电电容器（C6）。在正常操作期间，一次侧块由变压器T1上的辅助绕组供电。辅助输出（或偏置）使用二极管D2对绕组进行整流，并使用电容器C5对绕组进行滤波。电阻器R14限制电流被提供给InnoSwitch3 CP IC（U1）的BPP引脚。线性调节器包括电阻器R13、BJT Q1和齐纳二极管VR2防止电流的任何变化通过R14。齐纳二极管VR1与D8和R15一起提供初级感应输出过电压保护在反激式转换器中，辅助绕组的输出跟踪输出电压转换器的。如果转换器输出端出现过电压，辅助绕组电压增加并导致VR1击穿，然后导致电流流入InnoSwitch3 CP IC U1的BPP引脚。如果流入BPP引脚的电流增加。
innoswitch3-cp_family_datasheet_cn.pdf
(4.03 MB)
der-602_100watt_usb_pd_type_c_power_supply_using_innoswitch3-cp_and_hiperpfs-4.pdf
(7.61 MB)
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