Este documento es un informe de ingeniería que describe un cargador USB Type-C y USB-PD con salida de 5 V/3,0 A o 9 V/2,2 A que utiliza InnoSwitch-CP y el controlador Cypress CCG2 USB Type-C USB-PD. Este diseño demuestra la alta densidad de potencia y la eficiencia que permite el alto nivel de integración del controlador InnoSwitch-CP, que proporciona un rendimiento excepcional.
Filtrado EMI de entrada
El fusible F1 aísla el circuito y protege contra la falla de los componentes. El estrangulador de modo común L1 con condensador C8 atenúa EMI. El puente rectificador BR1 rectifica el voltaje de línea de CA y proporciona CC rectificada de onda completa a través del filtro que consta de C2, L3 y C3. El inductor L3 y los condensadores C2 y C3 forman un filtro pi. Este filtro proporciona filtrado de ruido de modo diferencial y común. El termistor RT1 limita la corriente de irrupción cuando la fuente de alimentación está conectada a la alimentación de CA entrante.
InnoSwitch-CP IC primario
Un extremo del primario del transformador está conectado al bus de CC rectificado. El otro está conectado al terminal de drenaje del MOSFET dentro del InnoSwitch-CP IC (U1).
Cuando se aplica CA por primera vez, el IC se inicia automáticamente y utiliza una fuente de corriente interna de alto voltaje para cargar el capacitor de clavija BPP (C7). Durante el funcionamiento normal, el bloque primario se alimenta del devanado auxiliar del transformador T1. La salida del devanado auxiliar (o de polarización) se rectifica con el diodo D2 y se filtra con el condensador C6. La resistencia R4 limita la corriente suministrada al pin BPP del InnoSwitch-CP IC (U1). Un regulador lineal que consta de la resistencia R3, BJT Q1 y el diodo Zener VR1 evita que cambie la corriente a través de R4. La red RC que consta de la resistencia R5 y el condensador C5 amortigua el timbre de alta frecuencia en el voltaje a través del diodo D2 y reduce la EMI radiada.
La regulación de salida se logra mediante el control de encendido/apagado, donde el número de ciclos de conmutación efectivos se ajusta en función de la carga de salida.
InnoSwitch-CP IC Secundario
El lado secundario del InnoSwitch-CP IC proporciona voltaje de salida, detección de corriente de salida y transmisión a un MOSFET que proporciona rectificación síncrona. El secundario del transformador es rectificado por MOSFET Q2 y filtrado por capacitores C10 y C11. Los amortiguadores RC R6 y C9 reducen el timbre de alta frecuencia durante los transitorios de conmutación que causan EMI radiada.
La corriente de salida se detecta al monitorear la caída de voltaje a través de la resistencia R12 entre los pines IS y GND, y se establece un umbral de aproximadamente 50 mV para reducir las pérdidas. Cuando se excede el umbral de detección de corriente interna, el dispositivo ajusta el número de pulsos de conmutación para mantener una corriente de salida fija.
Por debajo del umbral de CC, el dispositivo funciona en modo de voltaje constante. El voltaje de salida se regula para lograr un voltaje de 1,2 V en el pin FB. La resistencia R9 y el condensador C12 forman una red de conductores de fase para garantizar un funcionamiento estable y minimizar el sobreimpulso y el subimpulso del voltaje de salida en condiciones de carga transitoria. El condensador C14 proporciona filtrado de ruido de la señal en el pin FB.
Interfaz USB tipo C y PD
En este diseño, CCG2 CYPD2134-24QXIT (U3) es el controlador USB tipo C y PD. La salida InnoSwitch-CP alimenta el dispositivo CCG2 mediante un regulador lineal U4 de 3,3 V.
Las resistencias R8 y R11 forman una red divisoria de retroalimentación para detectar la salida de Innoswitch. Cambie el voltaje de salida a 9V cuando se solicite el disipador. Para cambiar la salida a 9V, baje el pin 14 del IC U3 y agregue la resistencia R15 en paralelo con la resistencia inferior de la red del divisor de retroalimentación.
El protocolo USB-PD se comunica a través de la línea CC1 o CC2 según la dirección en la que se conecte el enchufe Tipo-C.
Los P-MOSFET Q10 y Q11 hacen que el receptáculo USB Type-C sea un enchufe frío cuando no hay ningún dispositivo conectado al cargador de acuerdo con la especificación USB Type-C. VBUS_OUT se descarga a través de la resistencia R34 al encender MOSFET Q13.