基于ST 原邊PWM IC STCH03和 副邊PD控制芯片STM32G071KB的緊湊型高效率27 W USB Type-C PD3.0與PPS適配器參考設(shè)計(jì)

該方案STEVAL-USBPD27S是一款緊湊型27 W AC-DC的適配器參考設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足USB Type C PD3.0和PPS協(xié)議。59x35x21mm PCB尺寸是實(shí)現(xiàn)了最大的功率密度。 

1.STEVAL-USBPD27S包含兩個(gè)主要部分：

電源原邊部分，包含一個(gè)N-channel 650V的MDmesh M6功率MOSFET STD7N65M6（內(nèi)阻為0.91R），其控制芯片是離線(xiàn)PWM控制器STCH03，適用于低待機(jī)的充電器與適配器。

電源副邊數(shù)字控制部分：基于STM32G071KB（主流Arm Cortex-M0+ MCU），該芯片完全集成USB Type-C功率輸出控制器。

STEVAL-USBPD27S提供兩個(gè)固定PDOs (5v最高5a, 9v最高3a)和兩個(gè)可編程APDOs (5v Prog最高5a，和9vProg最高可達(dá)3 A)。

3.輸出電壓電流分別是20 mV和50 mA的分辨率，以完美地應(yīng)對(duì)PPS特性。該方案有負(fù)載前饋，OVP, UVP, OC和短路保護(hù)。

4.該DEMO滿(mǎn)足歐洲CoC 5 Tier 2及美國(guó)DOE VI級(jí)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

5.它確保CC線(xiàn)路上的ESD保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)。

6.該系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)測(cè)試：輸入電壓115和230 VAC，半載和滿(mǎn)載條件下，滿(mǎn)足噪聲排放和符合EN55022 (B類(lèi))標(biāo)準(zhǔn)。

STCH03是反激式QR準(zhǔn)諧振PWM控制器設(shè)計(jì)。控制器可以使用主要通過(guò)光耦反饋提供恒定輸出電流電壓（CC/CV）調(diào)節(jié)。反激變換器的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，容易設(shè)計(jì)，成本低，方案成熟可靠性高，在小功率65W以?xún)?nèi)的電源應(yīng)用非常廣泛，缺點(diǎn)是輸出紋波偏大。

器件STCH03的主要特點(diǎn)：

1.該器件在同一封裝中集成了高性能低壓PWM控制器芯片和650V高壓?jiǎn)?dòng)單元。
它還具有極低的靜態(tài)電流和突發(fā)模式管理，這些功能有助于在空載條件下將殘馀輸入功耗降至20mW以下。

2.器件是QR準(zhǔn)諧振模式，可以有效提高重載滿(mǎn)載效率。

3.該器件提供完善的輸出過(guò)壓保護(hù)OVP，過(guò)溫保護(hù)OTP，輸出過(guò)流OCP和短路SCP保護(hù)，它還為變壓器飽和或次級(jí)二極管短路時(shí)提供保護(hù),并提供輸出UVP保護(hù)，限制輸出短路時(shí)的平均輸出電流。

器件STM32G071的主要特點(diǎn)：

1.高性能單片機(jī)STM32G071KBU6N，應(yīng)用在數(shù)字控制板前端，管理整個(gè)應(yīng)用程序。是Arm?Cortex?-M0+ 32位RISC核，工作頻率高達(dá)64MHz。

2.控制副邊的同步整流，自適應(yīng)同步整流算法可以處理所有可能的負(fù)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(guī)格：USB Type-C?電纜和連接器和USB供電規(guī)范

運(yùn)行USB-PD中間件堆棧(x - cube USB-PD)和滿(mǎn)足PD充電協(xié)議

實(shí)現(xiàn)輸出電壓20mV和輸出電流50mA的分辨率, 滿(mǎn)足 PPS協(xié)議

具有OVP、UVP、OC和短路保護(hù)。

該Demo板的待機(jī)功耗和效率測(cè)試報(bào)告如下：待機(jī)功耗滿(mǎn)足六級(jí)能效的要求小于等于75mW，各個(gè)輸出電壓（3.3V 5V 5.9V 9V 11V）的四點(diǎn)平均效率輕松滿(mǎn)足六級(jí)能效的要求。
    待機(jī)功耗測(cè)試如下：

各輸出電壓的四點(diǎn)平均效率測(cè)試如下：

?場(chǎng)景應(yīng)用圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1. 反激變換器最新技術(shù)—初級(jí)采用反激QR準(zhǔn)諧振技術(shù)，

2. STCH03感應(yīng)反饋提供恒定輸出電流（CC）調(diào)節(jié),無(wú)需專(zhuān)用電流基準(zhǔn)IC或電流傳感器

3. 高效率，低待機(jī)功率（低于40 mW）和最佳EMI性能。集成保護(hù)功能包括OTP，OCP，SCP OVP保護(hù)，可顯著提高最終產(chǎn)品的安全性,可靠性。

4．副邊采用STM32G071KBU6N MCU（應(yīng)用在數(shù)字控制板前端，管理整個(gè)應(yīng)用程序。是Arm?Cortex?-M0+ 32位RISC核，工作頻率高達(dá)64MHz）來(lái)數(shù)字控制，

  ?采用自適應(yīng)同步整流算法可以處理所有可能的負(fù)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(guī)格，滿(mǎn)足PD３.０和PPS充電協(xié)議。

?方案規(guī)格

? 滿(mǎn)足USB PD3.0協(xié)議

? 全電壓輸入AC90-264V

? 輸出電壓范圍，輸出電壓對(duì)應(yīng)輸出電流：3.3-11V，5V/5A-9V/3A，輸出功率最大27W。

? 符合歐盟六級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)CoC5.0 2段，以及美國(guó)DOE 六級(jí)能效要求

? 待機(jī)功耗<35mW Pout=0.25W時(shí)效率>50%。

? 數(shù)字驅(qū)動(dòng)和單片機(jī)控制的自適應(yīng)同步整流，以及負(fù)載補(bǔ)償。

? 擁有完善的保護(hù)：OVP，UVP，OCP，SCP。

? 通過(guò)ESD法規(guī)IEC61000-4-2： VBUS上接觸電壓> 30kv，CC線(xiàn)接觸電壓達(dá)20KV。

? 通過(guò)浪涌電流法規(guī)IEC61000-4-5：Vbus引腳耐流達(dá)35A--8/20uS

? PCB尺寸：59x35x21mm , 滿(mǎn)足RoHS標(biāo)準(zhǔn)。