离线式140W PD3.1适配器电源解决方案(PFC + MPX2002 反激控制器)

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1. 概述

1.1 简述

EVX2002-44018A-00B 是一款 140W USB Type-C PD 3.1 参考设计板。它具有超小尺寸外形和高功率密度,其电气规格非常适合手机和电脑电源适配器。该参考设计板还具有超低空载功耗,整体效率可满足 DOE VI级和 CoC 等级 2 要求。

MP44018A 是一款采用临界导通模式 (CrM) / 断续导通模式 (DCM)的多模式功率因数校正 (PFC) 控制器,它使用尽可能少的外部元器件提供了简单且高性能的有源 PFC解决方案。在轻载条件下,该器件通过采用死区时间(DT)延长技术降低开关频率(fSW),从而提高轻载效率。与传统的恒定导通时间 (COT) 控制模式相比,MP44018A 利用断续工作模式(DCM) 中的可变导通时间控制方式实现了更低的总谐波失真 (THD)。

MPX2002 为全集成反激控制器,它集成了原边驱动电路、副边控制器、同步整流驱动器和安全合规反馈功能,而且还具备原边控制 (PSR) 和副边控制 (SSR) 的优势。MPX2002 在 DCM 模式下运行时采用了新颖的准谐振 (QR) 模式操作,并凭借该功能提高了电源效率。在超轻负载条件下,控制器进入突发模式以实现极低的待机功耗。MPX2002 还提供频率抖动功能,帮助消散传导噪声产生的能量。

EVX2002-44018A-00B 是适用于通用离线、隔离式电源的参考设计,它提供 28V/5A、20V/5A、15V/3A、12V/3A、9V/3A 或 5V/3A 输出。本数据手册涵盖了电源的完整规格、详细的电路图、构建电源所需的完整物料清单、变压器布局图以及性能测试。

1.2. 功能特性

  • 宽输入工作电压(VIN)范围(90V 至265V)
  • 高功率密度
  • 低空载功耗
  • 高效率,符合 DOE VI/CoC Tier 2 标准
  • 符合 EN55022 B 类排放标准
  • 高耐压:2kV
  • 短路保护 (SCP)
  • 过压保护 (OVP)
  • 欠压保护 (UVP)
  • 过温保护 (OTP)

1.3. 应用

  • 笔记本电脑充电
  • 手机充电

图1: 顶视图

2 参考设计

2.1 功能模块

图 2 所示为本参考设计板的系统功能模块。

图2: 功能模块

2.2 相关解决方案

本参考设计基于以下 MPS 解决方案:

表 1:系统IC

MPS IC 描述
MPX2002 全集成反激式控制器
MP44018A CrM/DCM 多模式 PFC 控制器
HF81 X电容放电器
MPQ2013A 低静态电流线性稳压器

系统规格

表2: 系统规格

MPS IC 描述
输入电压 (VIN) 范围 90VAC 至 265VAC
输出电压(VOUT) 28/20/15/12/9/5V
标称负载 28V/5A, 20V/5A, 15V/3A, 12V/3A, 9V/3A, 5V/3A
功率因数(PF) >0.93 (满载)
效率 >92.3%(满载)
空载功耗 <100mW
输出电压纹波 <200mV
线性调整率 <±3%
负载调整率 <±3%
短路保护 闭锁
电路板尺寸 62mmx59mmx23.5mm

3 设计

3.5 原理图

图3: PFC级

图4: 反激功率级

图5: PD输出级

3.9 PCB布局

图12: 顶层

图13: 中间层1

图14: 中间层2

图15: 底层

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