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十幾年前，手機充電器的功率在5w左右，普通手機電池充滿需要兩三個小時。電腦的充電器功率一般在100瓦以上，重量重，體積大。隨著手機、筆記本電腦等電子產品的快速發(fā)展，對充電器的要求也越來越高。不但要功率強，損耗小，效率高，而且要體積小，重量輕，適應性強。因此快充設備越來越受業(yè)內的重視，將來會有越來越多的相關產品出現(xiàn)。下面給大家介紹一款優(yōu)秀的參考設計產品，由意法半導體推出的參考設計STEVAL-USBPD27S評估板。

STEVAL-USBPD27S評估板，額定輸出功率27W，符合USB Type-C?Power Delivery 3.0標準，支持電源可編程（PPS）能力。USB PPS有助于節(jié)省電能，減少設備充電時間和散熱量，降低物料成本。該評估板可加快好用、小巧、高效的快充設備的設計。

STEVAL-USBPD27S開箱

圖1

圖2

如圖1、圖2所示，STEVAL-USBPD27S開發(fā)套裝由簡潔的塑料成型包裝保護，包含評估板STEVAL-USBPD27S、下載器STLINK-V3MINI以及下載線。

其中，STEVAL-USBPD27S評估板作為USB電源傳輸設備，具有一個USB Type-C端口，能夠支持可編程電源（PPS），并具有自適應同步整流功能。STLINK-V3MINI用于STM32芯片的調試器和編程器。

符合USB Type-C 1.3和PD 3.0規(guī)范，并支持PPS功能。PPS能夠可靠地調整電池的充電模式，快速充電而不產生不必要的熱量，主要針對移動應用，可以降低移動設備電池的溫度損失。

相關資料

對于STEVAL-USBPD27S，ST在其官網(wǎng)上提供了非常詳細的資料，包括產品介紹、應用說明、用戶手冊、原理圖、GERBER文件、BOM、相應的編輯工具資料以及軟件包等等。下圖就是相應的資料界面。

圖3

功能框圖

圖4為STEVAL-USBPD27S功能框圖，突出顯示了主要部分之間的交互關系。

圖4

整體架構分為功率部分和數(shù)字控制部分兩大主體，其中功率部分又分為功率電路和功率控制電路。

功率部分是基于功率MOSFET ?STD7N65M6的反激變換器拓撲，相關控制部分由STCH03 PWM 控制器實現(xiàn)。STCH03控制器將高性能低壓PWM控制器芯片與650 V高壓啟動單元組合在同一封裝中，確保了低引腳數(shù)。它可以工作在不同的模式，QR有源模式，跳谷模式和突發(fā)模式，以保證在不同的輸入電壓和輸出負載條件下高效率。

數(shù)字控制部分用于管理USB電源傳輸堆棧，控制USB Type-C連接器，啟用VBUS和VCONN電源路徑，并運行自適應同步整流算法。由于管理USB Type-C連接器的嵌入式UCPD接口和Power Delivery 3.0通信協(xié)議，STM32G0提供了額外的集成價值，同時通過其通用的外圍設備和功能集控制自適應同步整流。

配套的TCPP01-M2將USB-C連接器連接到MCU，確保最高的魯棒性，并防止任何破壞性靜電放電（ESD）。根據(jù)IEC61000-4-2第4級標準，在USB C型連接器配置通道（CC）引腳上提供22 V耐受ESD保護。ESDA15P60確保VBU上高于30 kV的ESD保護。

硬件介紹

圖5

由圖5可以看出，主PCB承載電源部分，在主PCB上還包括兩個子板，一個用于電源控制，一個用于數(shù)字控制。

圖6為電源部分的照片，為準諧振反激功率開關電路，該電路的目的是將整流后的輸入電壓轉換為穩(wěn)壓直流輸出電壓。一次側采用單端拓撲結構，二次側為一次側控制器、同步整流功率MOSFET、輸出電壓調節(jié)電路和輔助電壓模塊提供反饋網(wǎng)絡，為其他部件供電。該部分最核心的器件是 N溝道功率MOSFET ?STD7N65M6。VDS=650V，RDS（開啟）最大=0.99ohmn，ID=5A，可以降低了開關損耗。

圖6 電源部分

圖7 電源控制板

圖8 數(shù)字控制板

電源控制板（圖7）主要是STCH03 控制器及周邊電路，STCH03是一種專為離線準諧振ZVS反激變換器設計的電流模式控制器，為一次側的控制核心，可以是電源在空載運行期間達到非常低的功耗。

圖8為數(shù)字控制板，主要由以下幾個部分構成：

Type-C型連接器
STM32G071KBU6N微控制器
基于STL11N3LLH6 ?MOSFET構成的輔助放電機電路。
ESD和USB Type-C的端口保護電路模塊TCPP01-M12，該電路模塊控制基于STL11N3LLH6的開關。

其中STM32G071KBU6N頻率高達64MHz，有2個USB-C PD接口，16路12位ADC ，2路12位DAC。

集成USB Type-C和電力傳輸接口（UCPD），支持C型USB? 電纜和連接器規(guī)范以及USB電源傳輸規(guī)范；運行USB-PD中間件堆棧（X-CUBE-USB-PD）；對適配器進行USB-PD設備策略管理；執(zhí)行自適應同步校正算法；管理二次側級，確保總線上的20 mV和50 mA分辨率，以完美實現(xiàn)PPS功能；具有OVP、UVP、OC和短路保護功能。

TCPP01-M12的ESD保護能力能達到±8kV接觸放電，±15kV空氣放電，除此，在CC 線路上6V過壓保護，防止VBUS線路上短路過壓，并且具有外部可編程過電壓保護。

上電實驗
上電實驗的硬件條件如下：

STEVAL-USBPD27S 評估板
STM32G071B-DISCO 評估工具
STLINK-V3MINI 下載器
雙頭Type-C數(shù)據(jù)線
手機（負載）

圖9 上電實驗硬件

上電實驗有兩個內容，一是空載時觀測STEVAL-USBPD27S 評估板的輸出模式以及相應的電壓、電流、功率值，二是帶載時觀測STEVAL-USBPD27S 評估板的輸出電壓、電流、功率值。
實驗前，將電源線連接到STEVAL-USBPD27S 評估板的交流輸入端子CN1上。因為STEVAL-USBPD27S 評估板中已經燒錄好了程序，所以STLINK-V3MINI 下載器這里不使用。
如圖10所示，將STM32G071B-DISCO 的Type-C端口連到STEVAL-USBPD27S 評估板的Type-C端口上。圖11為STM32G071B-DISCO 顯示屏顯示的信息。有四種充電模式，圖12、圖13對應相應模式下當時的電壓、電流、功率值。

圖10 ?空載連接方式