基於ST 原邊PWM IC STCH03和 副邊PD控制晶片STM32G071KB的緊湊型高效率27 W USB Type-C PD3.0與PPS適配器參考設計

該方案STEVAL-USBPD27S是一款緊湊型27 W AC-DC的適配器參考設計,滿足USB Type C PD3.0和PPS協議。59x35x21mm PCB尺寸是實現了最大的功率密度。 

      1.STEVAL-USBPD27S包含兩個主要部分:

  • 電源原邊部分,包含一個N-channel 650V的MDmesh M6功率MOSFET STD7N65M6(內阻為0.91R),其控制晶片是離線PWM控制器STCH03,適用於低待機的充電器與適配器。
  • 電源副邊數字控制部分:基於STM32G071KB(主流Arm Cortex-M0+ MCU),該晶片完全集成USB Type-C功率輸出控制器。
  1. STEVAL-USBPD27S提供兩個固定PDOs (5v最高5a, 9v最高3a)和兩個可編程APDOs (5v Prog最高5a,和9vProg最高可達3 A)。

      3.輸出電壓電流分別是20 mV和50 mA的解析度,以完美地應對PPS特性。該方案有負載前饋,OVP, UVP, OC和短路保護。

      4.該DEMO滿足歐洲CoC 5 Tier 2及美國DOE VI級節能標準。

      5.它確保CC線路上的ESD保護符合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)標準。

      6.該系統已經通過測試: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)標準。

 

STCH03是反激式QR准諧振PWM控制器設計。控制器可以使用主要通過光耦反饋提供恆定輸出電流電壓(CC/CV)調節。反激變換器的優缺點:優點是電路簡單,容易設計,成本低,方案成熟可靠性高,在小功率65W以內的電源應用非常廣泛,缺點是輸出紋波偏大。

器件STCH03的主要特點:
1.該器件在同一封裝中集成了高性能低壓PWM控制器晶片和650V高壓啟動單元。
它還具有極低的靜態電流和突發模式管理,這些功能有助於在空載條件下將殘餘輸入功耗降至20mW以下。
2.器件是QR准諧振模式,可以有效提高重載滿載效率。
3.該器件提供完善的輸出過壓保護OVP,過溫保護OTP,輸出過流OCP和短路SCP保護,它還為變壓器飽和或次級二極體短路時提供保護,並提供輸出UVP保護,限制輸出短路時的平均輸出電流。

 器件STM32G071的主要特點:

1.高性能單片機STM32G071KBU6N,應用在數字控制板前端,管理整個應用程序。是Arm®Cortex®-M0+ 32位RISC核,工作頻率高達64MHz。

2.控制副邊的同步整流,自適應同步整流算法可以處理所有可能的負載條件,以獲得最佳的電力效率。

3.集成USB Type-C™和電源輸送接口(UCPD),支持電源輸送規格:USB Type-C™電纜和連接器和USB供電規範

  • 運行USB-PD中間件堆棧(x - cube USB-PD)和滿足PD充電協議
  • 實現輸出電壓20mV和輸出電流50mA的解析度, 滿足 PPS協議
  • 具有OVP、UVP、OC和短路保護。
該Demo板的待機功耗和效率測試報告如下:待機功耗滿足六級能效的要求小於等於75mW,各個輸出電壓(3.3V 5V 5.9V 9V 11V)的四點平均效率輕鬆滿足六級能效的要求。

    待機功耗測試如下:


  各輸出電壓的四點平均效率測試如下:

►場景應用圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►核心技術優勢

1. 反激變換器最新技術—初級採用反激QR准諧振技術, 2. STCH03感應反饋提供恆定輸出電流(CC)調節,無需專用電流基準IC或電流傳感器 3. 高效率,低待機功率(低於40 mW)和最佳EMI性能。集成保護功能包括OTP,OCP,SCP OVP保護,可顯著提高最終產品的安全性,可靠性。 4.副邊採用STM32G071KBU6N MCU(應用在數字控制板前端,管理整個應用程序。是Arm®Cortex®-M0+ 32位RISC核,工作頻率高達64MHz)來數字控制, •採用自適應同步整流算法可以處理所有可能的負載條件,以獲得最佳的電力效率。 •集成USB Type-C™和電源輸送接口(UCPD),支持電源輸送規格,滿足PD3.0和PPS充電協議。

►方案規格

• 滿足USB PD3.0協議 • 全電壓輸入AC90-264V • 輸出電壓範圍,輸出電壓對應輸出電流:3.3-11V,5V/5A-9V/3A,輸出功率最大27W。 • 符合歐盟六級能效標準CoC5.0 2段,以及美國DOE 六級能效要求 • 待機功耗<35mW Pout=0.25W時效率>50%。 • 數字驅動和單片機控制的自適應同步整流,以及負載補償。 • 擁有完善的保護:OVP,UVP,OCP,SCP。 • 通過ESD法規IEC61000-4-2: VBUS上接觸電壓> 30kv,CC線接觸電壓達20KV。 • 通過浪涌電流法規IEC61000-4-5:Vbus引腳耐流達35A--8/20uS • PCB尺寸:59x35x21mm , 滿足RoHS標準。

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