#The4thLichuangcompetition#USB-C_PD3.0 charger (40W)

* Brief introduction to the work:

为满足手机快充需求，市场上存有多种快充协议。本作品为基于USB-PD协议的快充充电器，兼容PD3.0协议、QC3.0/2.0协议、MTKPE+1.1协议、FCP/SCP协议。

* 1. Details of the work ;

    随着手机行业对充电速度的需求，衍生出了快充技术，从2013年高通发布QC1.0快充技术以来已有6年历程，发展出了多种的快充协议，如PD协议、联发科MTKPE协议、华为FCP/SCP协议、高通QC1.0-4.0协议、苹果BC1.2协议、OPPO VOOC闪充、一加DASH等众多手机厂商均推出了自家的快充协议。
    USB-PD协议是USB-IF组织推出的协议，基于USB Type-C接口，而USB Type-C具有正反插入、最大100W 电力传输功率、最高 10Gbps 传输速度（雷电协议似乎能做到更高）等传统USB-A接口所没有的特性，USB-PD使用Type-C接口正是其最大100W传输功率的特性。在电子设备越来越追求轻薄，Type-C满足了轻薄的要求，而USB-PD快充协议通用性更强，使USB-PD + Type-C的快充充电方式逐渐成为主流。苹果iPhone系列全系标配5V1A充电头被戏称“五福一安万福金安”，诟病多年后，首次在2019年9月10日秋季苹果发布会中的iPhone11系列标配18W USB-PD快充充电头，也意味着更多手机厂商将有可能采用PD协议作为自家产品的快充协议。
    本作品为USB Type-C接口USB-PD 3.0协议的充电器，设计功率40W，带同步整流。输出档位5V2.8A、9V2.8A、12V2.8A、15V2.67A。芯片方案OB2273（初级PWM）、OB2004A（次级同步整流）、IP2712（USB协议控制）、TFP8N60C（8A600V场效应管,初级开关管）、NCE0140KA（40A100V场效应管,次级同步整流管）、AOD403（-80A-30V P沟道场效应管,IP2712控制管）。

作品参数：
输入：100 - 250V AC , 50 / 60 Hz , 0.6A
输出：5V 2.8A ，9V 2.8A ，12V 2.8A ，15V 2.67A。最大40W
支持协议：USB-PD3.0，QC2.0，QC3.0，MTK PE+1.1，FCP，SCP，BC1.2（兼容），APPLE2.4A（兼容），三星协议（兼容）。

* 2. Describe the challenges faced by the work and the problems it solves ;

    虽然快充技术多年来已发展相对成熟，市场上快充技术的充电头也种类繁多，但各种充电头、技术等都是各厂商的商业机密，没有现成的方案可供电子爱好者参考学习此方面的快充技术。本作品为完全从空白开始设计，初级开关控制、次级同步整流、变压器设计、协议芯片调试等，逐步调试测试，终于从空白到完成一整套方案的设计。
    设计、调试过程中出现几点问题
    问题一：在变压器中，由于输出电压有多个档位，如5V-9V-12V-15V。而辅助芯片供电绕组电压会与输出电压档位及负载水平相关联。相同负载或空载情况下，低输出电压时，辅助绕组电压也低；高输出电压时，辅助绕组电压也高；相同输出电压档位时，负载越高，辅助绕组的电压也会随之升高。
    但OB2273芯片工作电压最高仅为28V，超过芯片最高供电电压或低于芯片UVLO ON状态电压，都会使充电器工作异常。在第一次测试阶段就出现了这个问题，通过增加三极管线性稳压电路加大电容耐压值，精细调整变压器设计参数，解决了芯片电压过高烧毁或电压过低进入UVLO保护状态的问题。
    问题二：不可避免的功率器件发热。初级MOS管作为功率开关器件，流过的电流很大，同时带来的发热也很大。避免发热造成损坏有两种办法，辅助散热（即加散热片或甚至风扇）和直接从发热源头解决发热问题，MOS管导通有导通电阻，电流流过电阻就会发热，所以这里可以选用导通电阻较小的MOS管，可以降低发热。
    此处更换为8A600V的MOS管，导通电阻1.0-1.2Ω，经过长时间满载工作测试，无散热常规风冷状态没有出现较高温度。若进一步提高功率则必须加散热片（或采用GaN氮化镓技术开关管）。

* 3. Describe the key points involved in the hardware and software parts of the work ;

1. 次级使用同步整流技术，损耗比二极管整流方式低。
2. 初级PWM控制芯片选用的OB2273,有多个版本：OB2273MP、OB2273AMP、OB2273BMP，不同型号参数有细微不同，需注意区别。本作品使用的是OB2273MP，理论上3个版本可通用。
3. 位号RT、R8是过热保护外围组件，非必要时可以不安装。
4. 初级MOS管引脚处最高可能有600V的电压，调试时注意人身安全。
5. 参考变压器参数在最高输入电压时初级MOS和次级同步整流管均在承受电压范围内，为了保险起见，初级MOS管建议选用耐压650V或以上耐压的管子。
6. 调整副板参数可改变输出功率，详见IP2712芯片数据手册。

Transformer winding reference parameters: Core model ER2828 (not the best solution, parameters need to be further optimized according to various requirements)

* 4. List of work materials ;

* 5. Upload the picture of the work ; (the PCB must have the competition logo and take a photo and upload it, if not, it will be deemed as giving up the competition)

* 6. Demonstrate your work and record it as a video for upload ; (The content of the video must include: introduction to the work; functional demonstration; performance test; close-up of the competition logo on the PCB. Failure to do so will be deemed as giving up the competition)

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7. Open source documents

Circuit schematic: https://diy.szlcsc.com/attachments/2019/9/m8FrKYtnOKBSxMd7uptikEj2BMWKiaB9wtIeW3a9.pdf Component list: https://diy.szlcsc.com/attachments/2019/9/tS0SgvfNFpaW0kkOk2AdWfdklMzAaOpCdUuEJ8h 3.xlsx chip data sheet: https://diy.szlcsc.com/attachments/2019/9/1Uv7xc3zxrjhDmSNjZDgHnpXADdHINBQgcAFUmMT.rar PCB file: https://diy.szlcsc.com/attachments/2019/9/gUb8ermmUbES8wrcG0FQ8mdy229QSHpmrRr0jXVh.rar

PCB preview: