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USB-PD

#第四届立创大赛#USB-C_PD3.0充电器(40W)

创建时间:1年前

项目主题:自拟主题

描述

<p>*  简要介绍作品:</p> <pre><code>为满足手机快充需求,市场上存有多种快充协议。本作品为基于USB-PD协议的快充充电器,兼容PD3.0协议、QC3.0/2.0协议、MTKPE+1.1协议、FCP/SCP协议。 </code></pre> <hr /><p>*  一、<strong>作品详情</strong>;</p> <pre><code> 随着手机行业对充电速度的需求,衍生出了快充技术,从2013年高通发布QC1.0快充技术以来已有6年历程,发展出了多种的快充协议,如PD协议、联发科MTKPE协议、华为FCP/SCP协议、高通QC1.0-4.0协议、苹果BC1.2协议、OPPO VOOC闪充、一加DASH等众多手机厂商均推出了自家的快充协议。 USB-PD协议是USB-IF组织推出的协议,基于USB Type-C接口,而USB Type-C具有正反插入、最大100W 电力传输功率、最高 10Gbps 传输速度(雷电协议似乎能做到更高)等传统USB-A接口所没有的特性,USB-PD使用Type-C接口正是其最大100W传输功率的特性。在电子设备越来越追求轻薄,Type-C满足了轻薄的要求,而USB-PD快充协议通用性更强,使USB-PD + Type-C的快充充电方式逐渐成为主流。苹果iPhone系列全系标配5V1A充电头被戏称“五福一安万福金安”,诟病多年后,首次在2019年9月10日秋季苹果发布会中的iPhone11系列标配18W USB-PD快充充电头,也意味着更多手机厂商将有可能采用PD协议作为自家产品的快充协议。 本作品为USB Type-C接口USB-PD 3.0协议的充电器,设计功率40W,带同步整流。输出档位5V2.8A、9V2.8A、12V2.8A、15V2.67A。芯片方案OB2273(初级PWM)、OB2004A(次级同步整流)、IP2712(USB协议控制)、TFP8N60C(8A600V场效应管,初级开关管)、NCE0140KA(40A100V场效应管,次级同步整流管)、AOD403(-80A-30V P沟道场效应管,IP2712控制管)。 </code></pre> <pre><code>作品参数: 输入:100 - 250V AC , 50 / 60 Hz , 0.6A 输出:5V 2.8A ,9V 2.8A ,12V 2.8A ,15V 2.67A。最大40W 支持协议:USB-PD3.0,QC2.0,QC3.0,MTK PE+1.1,FCP,SCP,BC1.2(兼容),APPLE2.4A(兼容),三星协议(兼容)。 </code></pre> <p>*  二、<strong>描述作品所面临的挑战及所解决的问题</strong>;</p> <pre><code> 虽然快充技术多年来已发展相对成熟,市场上快充技术的充电头也种类繁多,但各种充电头、技术等都是各厂商的商业机密,没有现成的方案可供电子爱好者参考学习此方面的快充技术。本作品为完全从空白开始设计,初级开关控制、次级同步整流、变压器设计、协议芯片调试等,逐步调试测试,终于从空白到完成一整套方案的设计。 设计、调试过程中出现几点问题 问题一:在变压器中,由于输出电压有多个档位,如5V-9V-12V-15V。而辅助芯片供电绕组电压会与输出电压档位及负载水平相关联。相同负载或空载情况下,低输出电压时,辅助绕组电压也低;高输出电压时,辅助绕组电压也高;相同输出电压档位时,负载越高,辅助绕组的电压也会随之升高。 但OB2273芯片工作电压最高仅为28V,超过芯片最高供电电压或低于芯片UVLO ON状态电压,都会使充电器工作异常。在第一次测试阶段就出现了这个问题,通过增加三极管线性稳压电路加大电容耐压值,精细调整变压器设计参数,解决了芯片电压过高烧毁或电压过低进入UVLO保护状态的问题。 问题二:不可避免的功率器件发热。初级MOS管作为功率开关器件,流过的电流很大,同时带来的发热也很大。避免发热造成损坏有两种办法,辅助散热(即加散热片或甚至风扇)和直接从发热源头解决发热问题,MOS管导通有导通电阻,电流流过电阻就会发热,所以这里可以选用导通电阻较小的MOS管,可以降低发热。 此处更换为8A600V的MOS管,导通电阻1.0-1.2Ω,经过长时间满载工作测试,无散热常规风冷状态没有出现较高温度。若进一步提高功率则必须加散热片(或采用GaN氮化镓技术开关管)。 </code></pre> <p>*  三、<strong>描述作品硬件、软件部分涉及到的关键点</strong>;</p> <pre><code>1. 次级使用同步整流技术,损耗比二极管整流方式低。 2. 初级PWM控制芯片选用的OB2273,有多个版本:OB2273MP、OB2273AMP、OB2273BMP,不同型号参数有细微不同,需注意区别。本作品使用的是OB2273MP,理论上3个版本可通用。 3. 位号RT、R8是过热保护外围组件,非必要时可以不安装。 4. 初级MOS管引脚处最高可能有600V的电压,调试时注意人身安全。 5. 参考变压器参数在最高输入电压时初级MOS和次级同步整流管均在承受电压范围内,为了保险起见,初级MOS管建议选用耐压650V或以上耐压的管子。 6. 调整副板参数可改变输出功率,详见IP2712芯片数据手册。 </code></pre> <blockquote> <p>变压器绕组参考参数:磁芯型号ER2828(非最佳方案,根据各种要求还需进一步优化参数) <img src="//image.lceda.cn/pullimage/eINkl2CG1Ipbxy1MOFESO0ZhxLPMI5HnERWRINN9.png" alt="变压器.png" /></p> </blockquote> <p>*  四、<strong>作品材料清单</strong>;</p> <table><thead><tr><th>器件参数</th> <th>PCB位号</th> <th>封装</th> <th style="text-align:center;">数量</th> <th style="text-align:center;">立创商城SKU</th> </tr></thead><tbody><tr><td>Header2H</td> <td>ACIN</td> <td>接口_DG128-5.0-2P</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>X2/0.1uF</td> <td>C1</td> <td>电容X2安规12*6</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C333830</td> </tr><tr><td>100uF/450V</td> <td>C2</td> <td>电容_电解18*36卧</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C124225</td> </tr><tr><td>103/1KV</td> <td>C3</td> <td>1206</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C303948</td> </tr><tr><td>22uF/100V</td> <td>C4</td> <td>电容_电解[2.54脚距6.3直径]</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C269994</td> </tr><tr><td>47pF</td> <td>C5</td> <td>0603</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C302069</td> </tr><tr><td>104</td> <td>C6, C11, C14, C15</td> <td>0805</td> <td style="text-align:center;">4</td> <td style="text-align:center;">C360619</td> </tr><tr><td>680uF/25V</td> <td>C7, C8</td> <td>电容_电解[3.4脚距8直径]</td> <td style="text-align:center;">2</td> <td style="text-align:center;">C176310</td> </tr><tr><td>1uF</td> <td>C9, C12, C13, C16</td> <td>0805</td> <td style="text-align:center;">4</td> <td style="text-align:center;">C16834</td> </tr><tr><td>682</td> <td>C10</td> <td>0805</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C1755</td> </tr><tr><td>222/Y2</td> <td>CY</td> <td>电容Y2安规10.0*4.0</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C263260</td> </tr><tr><td>KBP310</td> <td>D1</td> <td>整流桥_KBP**</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C2496</td> </tr><tr><td>US1M</td> <td>D2</td> <td>SMA</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C181135</td> </tr><tr><td>F7-DF</td> <td>D3</td> <td>SOD123FL</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C383634</td> </tr><tr><td>MMSZ24VBW</td> <td>D4</td> <td>SOD123FL</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C261253</td> </tr><tr><td>LED</td> <td>D5</td> <td>0805</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>T3.15A/250V</td> <td>F1</td> <td>保险_方形8.5*4</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C354904</td> </tr><tr><td>OB2273</td> <td>IC1</td> <td>SOT-23-6</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C138813</td> </tr><tr><td>OB2004A</td> <td>IC2</td> <td>SOT-23-6</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C138810</td> </tr><tr><td>IP2712</td> <td>IC3</td> <td>TSSOP-20</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C193909</td> </tr><tr><td>CH</td> <td>L1</td> <td>电感_共模磁环5*10</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>UU10.5</td> <td>L2</td> <td>电感_共模UU10.5</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>10D-9</td> <td>NTC</td> <td>NTC/VDR 9mm</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>8N60</td> <td>Q1</td> <td>TO-220</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C118242</td> </tr><tr><td>MMBTA42G</td> <td>Q2</td> <td>SOT-23</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C393565</td> </tr><tr><td>NCE0140KA</td> <td>Q3</td> <td>TO-252 (DPAK)</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C194346</td> </tr><tr><td>AOD403</td> <td>Q4</td> <td>TO-252 (DPAK)</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C28969</td> </tr><tr><td>AO3404(A49T)</td> <td>Q5</td> <td>SOT-23</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C351407</td> </tr><tr><td>470K</td> <td>R1A, R1B</td> <td>1206</td> <td style="text-align:center;">2</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>47K/2W</td> <td>R2</td> <td>电阻_立式1-2W</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>0.1R/1W</td> <td>R3</td> <td>电阻_立式0.25-1W</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>100K</td> <td>R4</td> <td>0805</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>10K</td> <td>R5, R13, R18, R20</td> <td>0805</td> <td style="text-align:center;">4</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>180K</td> <td>R6A, R6B</td> <td>1206</td> <td style="text-align:center;">2</td> <td style="text-align:center;">C104659</td> </tr><tr><td>30K</td> <td>R7</td> <td>0805</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C139886</td> </tr><tr><td>1K</td> <td>R8, R17</td> <td>0805</td> <td style="text-align:center;">2</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>100R</td> <td>R9</td> <td>0805</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C25277</td> </tr><tr><td>25K</td> <td>R10</td> <td>0805</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C63863</td> </tr><tr><td>100R</td> <td>R11</td> <td>0805</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C25277</td> </tr><tr><td>2K</td> <td>R12</td> <td>0805</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>100K</td> <td>R14, R15</td> <td>0603</td> <td style="text-align:center;">2</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>10mOhm</td> <td>R16</td> <td>2512</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C127692</td> </tr><tr><td>15K</td> <td>R19</td> <td>0805</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>NTC50K</td> <td>RT</td> <td>0603</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C95952</td> </tr><tr><td>ER2828</td> <td>T1</td> <td>变压器EC2828_6+6</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>Typec-16P</td> <td>Type-C</td> <td>接口_TYPE-C-16PIN</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;"></td> </tr><tr><td>PC817</td> <td>U1</td> <td>DIP-4</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C115500</td> </tr><tr><td>TL431</td> <td>U2</td> <td>SOT-23</td> <td style="text-align:center;">1</td> <td style="text-align:center;">C181103</td> </tr></tbody></table><p>*  五、<strong>作品图片上传</strong>;(PCB上须有大赛logo标识并拍照上传,若无视为放弃参赛) <img src="//image.lceda.cn/pullimage/saFOzr62rQlMpmNXeU5UpS6JCkA0zPJa3xTraf72.jpeg" alt="微信图片_20190921143309.jpg" /><img src="//image.lceda.cn/pullimage/lO1AadBFhCLBhF4yukPXKbbsFtIVU2pcTkQhM8kX.jpeg" alt="78b3ad23a1ae9eb44e5a6e774b65132.jpg" /><img src="//image.lceda.cn/pullimage/6NUXbXfZatmexwpRltWRL8sf5SP5Vfk1olYCV7dK.jpeg" alt="da923f71207b36935c6f5065ce2590a.jpg" /></p> <p>*  六、<strong>演示您的作品并录制成视频上传</strong>;(视频内容须包含:作品介绍;功能演示;性能测试;PCB上大赛logo标识特写镜头,若无视为放弃参赛)</p> <blockquote> <p><a href="https://diy.szlcsc.com/attachments/2019/9/vvanErwnIbBRmrXg8FoJ153jtqQb3BpS5sz4Cikk.mp4" target="_blank" rel="noreferrer noopener">https://diy.szlcsc.com/attachments/2019/9/vvanErwnIbBRmrXg8FoJ153jtqQb3BpS5sz4Cikk.mp4</a></p> </blockquote> <p>七、<strong>开源文档</strong></p> <blockquote> <p>电路原理图:<a href="https://diy.szlcsc.com/attachments/2019/9/m8FrKYtnOKBSxMd7uptikEj2BMWKiaB9wtIeW3a9.pdf" target="_blank" rel="noreferrer noopener">https://diy.szlcsc.com/attachments/2019/9/m8FrKYtnOKBSxMd7uptikEj2BMWKiaB9wtIeW3a9.pdf</a> 元器件清单:<a href="https://diy.szlcsc.com/attachments/2019/9/tS0SgvfNFpaW0kkOk2AdWfdklMzAaOpCdUuEJ8h3.xlsx" target="_blank" rel="noreferrer noopener">https://diy.szlcsc.com/attachments/2019/9/tS0SgvfNFpaW0kkOk2AdWfdklMzAaOpCdUuEJ8h3.xlsx</a> 芯片数据手册:<a href="https://diy.szlcsc.com/attachments/2019/9/1Uv7xc3zxrjhDmSNjZDgHnpXADdHINBQgcAFUmMT.rar" target="_blank" rel="noreferrer noopener">https://diy.szlcsc.com/attachments/2019/9/1Uv7xc3zxrjhDmSNjZDgHnpXADdHINBQgcAFUmMT.rar</a> PCB文件:<a href="https://diy.szlcsc.com/attachments/2019/9/gUb8ermmUbES8wrcG0FQ8mdy229QSHpmrRr0jXVh.rar" target="_blank" rel="noreferrer noopener">https://diy.szlcsc.com/attachments/2019/9/gUb8ermmUbES8wrcG0FQ8mdy229QSHpmrRr0jXVh.rar</a></p> </blockquote> <p>PCB预览图: <img src="//image.lceda.cn/pullimage/rXeqM1aj6MMELPVCKBvcfVSMqP8mMUh0fFIkfBpu.png" alt="QQ截图20190921143553.png" /><img src="//image.lceda.cn/pullimage/eEcQFmkanO3QiG51fDlcpw4PKdccpU6CzhMiu9QC.png" alt="QQ截图20190921143618.png" /></p>

文档

BOM

暂无

附件

附件名 下载
演示视频_720p60fps.mp4
芯片datasheet.rar
电路原理图.pdf
BOM List.xlsx
PDCHARGER_PCB-GERBER.rar

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评论(8)

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LCDS 回复

温馨提示:距项目提交截止还有2天,记得完善作品上传哟!

Junping1982 回复

朋友,你上传的视频有问题噢

Levepan 回复

@Junping1982 网页如果播放不了可能要换个浏览器试试

jixin001 回复

你视频挂了兄弟,没有图像。

jixin001 回复

IP2712 这颗料立创商城有售,这颗料很牛批啊。兄弟设计的电源电路也很厉害,帮广大DIY爱好者试水成功。

Levepan 回复

@jixin001 视频我有注意到好像有些浏览器放不了,我用手机是可以看的。如果在线看不了就麻烦下载一下附件哦

LCDS 回复

恭喜您的项目获得第四届立创电子设计大赛优秀奖,点击查看获奖名单:https://diy.szlcsc.com/posts/7b78bd99e53745588a4f2d81cc11af92

Mr.Yan 回复

朋友你好,那个小板是个什么模块,“pd诱变器“,可能是我听的不够清晰,如果方便可否告知?这个小模块怎么制作呢?就是上面亮灯的那个。我看到你的作品非常的喜欢,我也想DIY一个。谢谢!

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