转：30W的多路输出USB充电器方案5V6A

2019-2-27 14:45:13

现在很多家庭有多台手机、MID和移动设备，采用多USB口的充电器可减少电源插口的占用，有较大的市场需求，30W的多路输出USB充电器方案可满足3到5个USB充电输出端口的应用。
二、电源规格
1、输入电压：90V~264Vac
2、输出电压：恒压5V@6A（多路输出USB端口采用独立的恒流限流开关，比如AP1621系列，不在此方案内）
3、目标效率大于88%
4、空载功耗小于100mW
三、电源电路方案考虑
1、30W采用采用单端反激主拓扑结构
2、输出电压为5V，电压较低，输出电流为6A，电流较大，为了提高效率，输出采用同步整流方案。
3、为了配合输出同步整流，原边采用电流临界连续的准谐振控制方式。
如果采用定频PWM方式，由于可能工作在电流连续模式，需要添加原副边MOSFET驱动的死区，电路稍复杂。
4、原边控制IC选择，英飞凌提供了准谐振控制器ICE2QS03G，可以外加COOLMOS实现分立的电路方案，英飞凌还有集成了QR控制器和MOS的CoolSET系列。两种方案都可以，考虑到实际应用的体积较小，因此采用了ICE2Q0665的COOLSET来实现。
5、副边同步整流方案，可以采用专用的同步整流控制IC，比如第三方ON的NCP430X系列，但NCP430X的供电电压是针对12V以上的应用的，5V的输出时需要单独的供电绕组，电路稍显复杂，同时考虑到成本的压力，因此可以选用分立的电流控制的同步整流方式。同步整流MOSFET采用的是提供的样品BSC067N06LS3。
6、输入EMI电路考虑，采用整流后的***型滤波，也就是两个电解电容的一个共模电感，这个样可以省掉输入X电容的放电电阻，减小空载功耗，同时也可以减小流过电感的电流有效值，可明显提高低压输入时的效率。
7、输出滤波电路，由于输出的电流较大，考虑到体积和效率要求，采用两个1000uF6.3V的固态电容，为了减小输出电压的纹波，输出加入了LC滤波网络，后级采用普通电解电容。
8、变压器采用PQ2016或RM8磁芯
四、电源电路原理图

五、电源PCB板设计
单面板 40mm X 75mm
PCB 设计考虑：
1、尽可能减小三个高频电流环路的面积
2、尽可能减小高压高频动点的面积
3、原副边跨接Y电容接到最贴近变压器的原边和副边静点
4、增加原副边静点的铜箔面积，吸收空间噪声耦合，同时增加了PCB的含铜量，有利于散热
5、接地考虑，原边光耦反馈地线避免高频电流，IC外围解耦元件靠近IC
6、输出电压采样点靠近输出端口，采样分压电阻等外围电路靠近TL431
7、PCB铜厚1oz，输出大电流回路需要阻焊开窗。

六、电源外观

无散器设计

七、关键波形

八、测试数据

八、总结
1、从测试的温升数据来看，ICE2Q0665完全能满足30W的输出要求。 2、采用分立的电流控制同步整流可显著提高整机的效率。
3、输入缓启动NTC（热敏电阻）对低压输入满载的效率影响比较明显。
4、温度最高的器件是输出的同步整流MOSFET，如果采用更低导通电阻的MOSFET，或采用两个MOSFET并联，可进一步提高效率，降低温度。
5、原边的辅助供电电路需要优化，由于是5V低压输出变压器漏感较大，原边辅助供电电压变化较大（空载到满载），改进后参考电路如下：

九、后记
最后发一张实验场景，记录一下，打完收功。