前言

英飛凌是USB PD3.1協(xié)議的制定者，可以提供快充半導(dǎo)體器件的一站式供應(yīng)，滿足不同功率的快充充電器設(shè)計(jì)。英飛凌具有氮化鎵，氮化鎵集成芯片和CoolMOS在內(nèi)的多種開關(guān)器件，以及對(duì)應(yīng)的開關(guān)電源控制器等產(chǎn)品。最近收購了賽普拉斯和GaN Systems，進(jìn)一步拓展業(yè)務(wù)范圍，加強(qiáng)了快充和無線充電方面的競(jìng)爭力。

充電頭網(wǎng)拿到了英飛凌推出的一款170W電池充電器的參考設(shè)計(jì)，這款參考設(shè)計(jì)為單級(jí)混合反激架構(gòu)，支持24V～36V鋰離子電池組應(yīng)用。這款參考設(shè)計(jì)采用同步整流，提升了系統(tǒng)效率，和以往拆解的電瓶車充電器相比，沒有設(shè)計(jì)大面積散熱片與散熱風(fēng)扇，可以實(shí)現(xiàn)全密封的外殼設(shè)計(jì)。下面就帶來這款充電器的拆解，看看設(shè)計(jì)和用料情況。

英飛凌XDPS2201 170W參考設(shè)計(jì)外觀

英飛凌XDPS2201 170W參考設(shè)計(jì)無PFC電路，設(shè)計(jì)方面更加簡單，同時(shí)可以減低系統(tǒng)成本，方案支持198-264V~50/60Hz寬電壓輸入，滿載效率＞95%@230VAC。得益于非常高的系統(tǒng)效率，DEMO器件設(shè)計(jì)上無需散熱片，只要留有一定間隙即可滿足溫度要求。

PCB主板背面有主控芯片、光耦等器件，外圍電路設(shè)計(jì)十分簡潔。

在交流輸入端子左邊標(biāo)注了交流輸入電壓范圍為198Vac-264Vac，頻率為50-60Hz，直流輸出為18Vdc-42Vdc。

模塊一側(cè)焊接輔助電源小板。

輸出端設(shè)有兩個(gè)連接器插槽，可插拔式設(shè)計(jì)方便組裝。

測(cè)得模塊長度為155.09mm。

寬度為55.37mm。

厚度為29.42mm。

PCBA模塊拿在手上的大小直觀感受。

另外測(cè)得DEMO的重量約為160g。

英飛凌XDPS2201 170W參考設(shè)計(jì)解析

在對(duì)這款參考設(shè)計(jì)的外觀及參數(shù)有了基本了解后，下面就對(duì)這款參考設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)解析，一起來看看設(shè)計(jì)和用料如何。

PCBA模塊正面一覽，左側(cè)為交流輸入端，焊接壓線端子，保險(xiǎn)絲，壓敏電阻。右側(cè)焊接安規(guī)X2電容，共模電感和整流橋。依次焊接高壓濾波電容，開關(guān)管。在底部焊接輔助電源小板，右側(cè)焊接輸出接線端子和控制端子。

背面焊接初級(jí)混合反激主控芯片XDPS2201，反饋光耦，同步整流控制器，同步整流管和運(yùn)放芯片。這款參考設(shè)計(jì)初次級(jí)絕緣間距充分，元器件布局稀疏，功率器件設(shè)置在PCB邊緣，便于外置散熱片，提升散熱效果。

交流輸入采用壓線端子連接。

輸入端保險(xiǎn)絲規(guī)格為2A 250V。

10D561K壓敏電阻用于吸收浪涌。

安規(guī)X2電容來自TDK，規(guī)格為1μF。

共模電感采用磁環(huán)繞制。

另一顆安規(guī)X2電容容量為0.68μF。

整流橋來自安森美，型號(hào)GBU8K，規(guī)格為8A 800V。

高壓濾波電容來自紅寶石，規(guī)格為56μF 400V，三顆并聯(lián)。

初級(jí)控制器來自英飛凌，型號(hào)為XPDS2201，是一顆數(shù)字混合反激控制器，內(nèi)部集成600V高壓啟動(dòng)電路和高低側(cè)MOS驅(qū)動(dòng)。采用峰值電流模式控制，用于快速的負(fù)載響應(yīng)。基于輸出電流水平自動(dòng)切換到突發(fā)模式運(yùn)行，支持初級(jí)側(cè)過電壓保護(hù)，待機(jī)功耗＜75mW，可通過單引腳UART界面配置參數(shù)，采用PG-DSO-14封裝，外圍元件精簡。

英飛凌 XPDS2201 資料信息。

兩顆開關(guān)管同樣來自英飛凌，型號(hào)IPA60R280P7S，是一顆耐壓650V，導(dǎo)阻280mΩ的CoolMOS，屬于P7系列，采用TO220F封裝。

為主控芯片供電的濾波電容來自WE伍爾特，規(guī)格為47μF35V。

諧振電容容量為0.22μF。

變壓器次級(jí)采用多層絕緣線繞制。

兩顆VOL618A光耦用于電壓反饋和關(guān)閉控制。

橙色Y電容特寫。

同步整流控制器來自MPS，絲印IBUJN，實(shí)際型號(hào)為MP6951，為MPS最新推出的一款同步整流控制器，支持DCM，CCM，QR，ZVS工作模式，還支持ACF主動(dòng)鉗位反激和HFB混合反激，工作頻率可達(dá)1MHz，支持驅(qū)動(dòng)氮化鎵同步整流管，支持高側(cè)和低側(cè)應(yīng)用，采用TSOT23-6封裝。

同步整流管來自英飛凌，型號(hào)BSC160N15NS5，是一顆耐壓150V的NMOS，導(dǎo)阻為16mΩ，采用SuperSO8封裝。

一顆輸出濾波電容來自KEMET基美。

規(guī)格為100μF 50V。

三顆50mΩ取樣電阻并聯(lián)用于輸出電流檢測(cè)。

運(yùn)放來自TI德州儀器，型號(hào)TLV9102，是一顆軌對(duì)軌輸入輸出的低功耗雙運(yùn)放，用于輸出恒壓恒流控制。

輸出濾波電容來自紅寶石，規(guī)格為50V680μF。

一顆貼片按鍵用于關(guān)閉控制。

側(cè)面插座用于電流采樣，恒流恒壓設(shè)置以及關(guān)閉控制。

插接件用于充電輸出。

在PCBA模塊側(cè)面焊接輔助電源模塊，用于為控制電源供電。

控制電源采用英飛凌ICE5AR4770AG CoolSET初級(jí)主控芯片，芯片內(nèi)部集成700V耐壓開關(guān)管，采用數(shù)字控制，待機(jī)功耗低于100mW。

英飛凌ICE5AR4770AG 資料信息。

兩顆伍爾特高壓電容用于輸入濾波，規(guī)格為4.7μF400V。

藍(lán)色Y電容和變壓器特寫。

用于輸出電壓反饋的VOL618A光耦。

輸出濾波電容來自伍爾特，規(guī)格為820μF 6.3V，固態(tài)貼片電容。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

英飛凌這款充電器參考設(shè)計(jì)最大輸出功率為170W，支持為24V和36V鋰離子電池組充電。得益于使用混合反激架構(gòu)，電路效率更高，相比傳統(tǒng)的電動(dòng)車充電器，無需散熱風(fēng)扇和散熱片。可以使用密封外殼，像適配器一樣使用。

這款參考設(shè)計(jì)由主電源和輔助電源組成，主電源用于為電池充電，輔助電源用于為外置的控制電路供電，進(jìn)行充電電流和充電截止電壓等設(shè)置。主電源的控制芯片與輔助電源芯片均來自英飛凌，實(shí)現(xiàn)靈活可靠的電源設(shè)計(jì)。