如何設計小型USB-C PD和PPS適配器


原標題:如何設計小型USB-C PD和PPS適配器
設計小型USB-C PD(功率傳輸)和PPS(數字控制電源)適配器需要考慮多個因素,包括減少元件數量、提高效率、滿足新的USB電源協議要求等。以下是一些關鍵的設計步驟和要點:
一、理解USB-C PD和PPS協議
USB-C PD協議:該協議允許負載和電源設置多個功率和電壓擋位,功率可高達100W或更高。它要求在受電設備和電源之間進行精確的雙向通信。
PPS協議:PPS(Programmable Power Supply)即可編程電源適配器,是一種允許充電過程中動態調整輸出電壓和電流的技術。其初衷是為了適應電池技術的不斷升級,并前瞻性地允許充電中途調整輸出參數。
二、選擇合適的元件和IC
高度集成的反激式開關IC:選用內置USB PD控制器的高度集成的反激式開關IC,如Power Integrations的InnoSwitch3-PD系列。這些IC不僅集成了初級功率開關和多模態準諧振反激控制器,還集成了USB-C和PD控制器以及初級側檢測電路等,有助于減少元件數量和提高效率。
功率開關:根據具體的參數規格,可以選擇高壓硅MOSFET或PowiGaN功率開關。
三、設計電路和保護措施
電路設計:基于選定的IC,設計相應的電路,包括輸入濾波、功率變換、輸出濾波等部分。確保電路的穩定性和效率。
保護措施:在輸入和輸出端加入保護措施,如輸入過壓保護、輸出過壓和欠壓故障檢測等,以確保適配器的安全性和可靠性。
四、優化尺寸和散熱
尺寸優化:通過減少元件數量和采用緊湊的封裝形式(如InSOP-24D封裝)來優化適配器的尺寸。
散熱設計:由于高效率的設計減少了損耗,因此無需使用尺寸大且成本高的散熱片。但仍需關注適配器的散熱性能,確保在長時間工作時不會過熱。
五、滿足全球能效法規和標準
設計的小型USB-C PD和PPS適配器需要符合所有全球能效法規和標準,如DOE6、CoC v5 2016平均效率要求以及CISPR22/EN55022 Class B傳導EMI限制等。
六、測試和驗證
在完成設計后,需要對適配器進行全面的測試和驗證,包括功能測試、性能測試、安全性測試等。確保適配器符合設計要求并滿足相關標準。
七、參考設計范例
為了快速啟動小型化USB-C PD+PPS適配器和充電器的開發,并加快上市速度,設計工程師可以從涵蓋30W、45W和60W應用的多種參考設計中進行選擇。這些參考設計通常采用了內部集成750V PowiGaN開關的IC,并提供了詳細的電路圖和元件清單。
綜上所述,設計小型USB-C PD和PPS適配器需要綜合考慮多個因素,包括理解協議、選擇合適的元件和IC、設計電路和保護措施、優化尺寸和散熱、滿足全球能效法規和標準以及測試和驗證等。通過合理的設計和優化,可以開發出高效、可靠且小巧的適配器。
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