如何设计小型USB-C PD和PPS适配器


原标题:如何设计小型USB-C PD和PPS适配器
设计小型USB-C PD(功率传输)和PPS(数字控制电源)适配器需要考虑多个因素,包括减少元件数量、提高效率、满足新的USB电源协议要求等。以下是一些关键的设计步骤和要点:
一、理解USB-C PD和PPS协议
USB-C PD协议:该协议允许负载和电源设置多个功率和电压挡位,功率可高达100W或更高。它要求在受电设备和电源之间进行精确的双向通信。
PPS协议:PPS(Programmable Power Supply)即可编程电源适配器,是一种允许充电过程中动态调整输出电压和电流的技术。其初衷是为了适应电池技术的不断升级,并前瞻性地允许充电中途调整输出参数。
二、选择合适的元件和IC
高度集成的反激式开关IC:选用内置USB PD控制器的高度集成的反激式开关IC,如Power Integrations的InnoSwitch3-PD系列。这些IC不仅集成了初级功率开关和多模态准谐振反激控制器,还集成了USB-C和PD控制器以及初级侧检测电路等,有助于减少元件数量和提高效率。
功率开关:根据具体的参数规格,可以选择高压硅MOSFET或PowiGaN功率开关。
三、设计电路和保护措施
电路设计:基于选定的IC,设计相应的电路,包括输入滤波、功率变换、输出滤波等部分。确保电路的稳定性和效率。
保护措施:在输入和输出端加入保护措施,如输入过压保护、输出过压和欠压故障检测等,以确保适配器的安全性和可靠性。
四、优化尺寸和散热
尺寸优化:通过减少元件数量和采用紧凑的封装形式(如InSOP-24D封装)来优化适配器的尺寸。
散热设计:由于高效率的设计减少了损耗,因此无需使用尺寸大且成本高的散热片。但仍需关注适配器的散热性能,确保在长时间工作时不会过热。
五、满足全球能效法规和标准
设计的小型USB-C PD和PPS适配器需要符合所有全球能效法规和标准,如DOE6、CoC v5 2016平均效率要求以及CISPR22/EN55022 Class B传导EMI限制等。
六、测试和验证
在完成设计后,需要对适配器进行全面的测试和验证,包括功能测试、性能测试、安全性测试等。确保适配器符合设计要求并满足相关标准。
七、参考设计范例
为了快速启动小型化USB-C PD+PPS适配器和充电器的开发,并加快上市速度,设计工程师可以从涵盖30W、45W和60W应用的多种参考设计中进行选择。这些参考设计通常采用了内部集成750V PowiGaN开关的IC,并提供了详细的电路图和元件清单。
综上所述,设计小型USB-C PD和PPS适配器需要综合考虑多个因素,包括理解协议、选择合适的元件和IC、设计电路和保护措施、优化尺寸和散热、满足全球能效法规和标准以及测试和验证等。通过合理的设计和优化,可以开发出高效、可靠且小巧的适配器。
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