【开源】PD65W氮化镓充电器（ACF），基于DK8607AD，IP6538-AC-65W，XPM52CDP65
开源一个65瓦的PD快充氮化镓充电器，基于DK8607AD电源芯片，有源钳位反激拓扑（Active Clamp Flyback, ACF），IP6538-AC-65W + XPM52CDP65。
资料下载地址在文章末尾！
实物图
氮化镓反激电源底板正反面与DCDC快充小板正面图：
DCDC快充小板反面图：
项目说明
本项目由 氮化镓反激电源底板（24V/3A） 与 65W快充DCDC小板 组成；
其中快充小板画了两个方案，分别是：
- IP6538-AC-65W芯片，Buck降压，内置MOS管，A+C口
- XPM52CDP65芯片，Buck降压，内置MOS管，单Type-C口
氮化镓反激电源底板方案为：初级侧采用东科的DK8607AD电源芯片，内置两颗GaN管，最高开关频率1MHz，次级侧采用 HBR20200P5肖特基二极管整流 或 UCC24612+HSBB15N15S同步整流 ，设计为二选一焊接。
这个项目其实是一个失败的项目，因为项目的氮化镓反激电源底板不能正常工作，不过65W快充DCDC小板测试是正常没问题的，发出来请教一下各位大佬，看看是哪里出问题了。
电源底板总共焊了四块板子，下面分别简单说一下问题：
- 第1块板，上电不启动，无输出，辅助绕组无电压，电源输入功率0.5W左右
- 第2块板，上电炸DK8607AD芯片后输入短路
- 第3块板，上电不启动，电源输入功率0.5W左右，辅助绕组无电压，但断开市电瞬间启动了，辅助绕组整流滤波后有个15V左右电压，持续几十微秒后掉电，且DK8607AD芯片炸了
- 第4块板，上电即炸DK8607AD芯片和电流采样电阻，炸完后断路状态
炸芯片后的板子照片：
变压器参数和实测数据
使用SMPSKit软件计算，软件下载地址：https://bbs.eeclub.top/t/smpskit/196
变压器计算结果截图：
变压器骨架是PQ2020，初级线圈电感量63uH，绕组参数如下表：
| 绕组层 | 出线端子 | 绕线规格 | 匝数 | 疏绕方式 |
|---|---|---|---|---|
| 第一层 | 1-2 | Φ0.2mm*7（利兹线） | 6 | 疏绕 |
| 第二层 | 5-6 | Φ0.2mm*7（利兹线） | 2 | 疏绕 |
| 第三层 | 10-12 | Φ0.2mm*20（利兹线） | 3 | 疏绕 |
| 第四层 | 2-3 | Φ0.2mm*7（利兹线） | 6 | 疏绕 |
变压器制作规格书如下图：
变压器绕制完成后实测初级线圈电感量69.576μH。
变压器初级线圈漏感为1.2μH，略大了一点，变压器是手绕的，没绕好。
DCDC快充小板测试
XPM52CDP65
XPM52C是一款集成同步开关的降压转换器，支持多种输出快充协议、支持USB Type-C和PD等多种快充协议，包括USB Type-C和PD协议，高通QC 2.0/3.0/3.0+，华为FCP/SCP/HVSCP，VOOC 2.0/4.0协议，联发科PE，三星AFC，USB BC1.2 DCP以及Apple 2.4A充电规范，为车载充电器、各种快充适配器、智能排插等供电设备提供完整的解决方案。 XPM52C具有自动识别VIN输入电压的功能，依据输入电压来调节输出电压。 XPM52C内置功率MOS，输入工作电压最高到31V，输出电压范围是3.3V到21V，能提供最大65W的输出功率，能够根据识别到的快充协议自动调整输出电压和电流。 XPM52C的输出具有CV/CC特性，当输出电流小于设定值，输出CV模式，输出电压恒定；当输出电流大于设定值，输出CC模式，输出电压降低。 XPM52C的输出电压带有线补功能，输出电流增大后会相应的提高输出电压，用以补偿连接线阻抗引起的电压下降。 XPM52C特别的集成了XPD-LINK互联通信专利技术。通过XPD-LINK互联功能，XPM52C可以简单灵活的应用在多个Type-C端口的充电方案中。 XPM52C支持二次烧录，可实现在线升级。 XPM52C有多种保护功能，具有输入过压、欠压保护，输出短路、过流保护，过温保护。 XPM52C采用QFN4x4-16L封装。
快充协议测试，实测支持的协议有：PD3.0 FIX 65W PPS 63W、QC2 20V、QC3 20V、QC3.0+、QC4+、QC5、FCP 12V、AFC 9V、iP 2.4A。
测试用的USB电流表是瑞垦X3：https://s.click.taobao.com/575iCMn
带负载测试，输入电压24V，PD诱骗输出20V，电子负载设3.3A电流，实测输出功率67.74W，输入功率70.8瓦，转换效率95.65%，表现还不错。
最大功率工作热成像图，芯片最高温度90.3℃左右（贴了个小散热片后的效果）
IP6538
IP6538 是一款集成同步开关的降压转换器、支持 14 种输出快充协议、支持 Type-C 输出和 USB PD2.0/PD3.0(PPS)协议的双口输出 SOC IC，为车载充电器、快充适配器、智能排插提供完整的解决方案。 支持双 USB Type-C，USB Type-C 和 USB A，或者双 USB A 输出，集成双口自动插拔检测功能，单独使用任意一口都可支持快充输出，当双口同时使用时，双口都输出 5V，总功率 5V/4.8A。 内置功率 MOS，输入电压范围是 8.2V 到 32V，输出电压范围是 3V 到 20V
快充协议测试，实测支持的协议有：PD3.0 FIX 65W PPS 63W、QC2 20V、QC3 20V、QC4+、QC5、PE1.1、PE2.0、iP 2.4A。
带负载测试，输入电压24V，PD诱骗输出20V，电子负载设2.7A电流，实测输出功率55.41W，输入功率57.35瓦，转换效率96.62%。
不知道是不是我设计问题还是这批芯片有问题，带超过2.7A的电流就会触发保护，我同样的原理图另一个项目就没这个问题。开源 140W+65W升降压PD3.1快充模块(2C+1A口)，IP6557+IP6538：https://blog.zeruns.com/archives/801.html
最大功率工作热成像图，芯片最高温度87.6℃左右，无散热片。
原理图
氮化镓反激电源底板
XPM52CDP65快充小板
IP6538快充小板
PCB
氮化镓反激电源底板
XPM52CDP65快充小板
IP6538快充小板
元件购买地址
这个项目用到的部分元件购买地址在这里：
- 0402/0603电阻电容样品本：https://s.click.taobao.com/3rAjyQn
- SMT钢网：https://s.click.taobao.com/EMrr8Gn
- PQ2020磁芯与骨架：https://s.click.taobao.com/DLPE8Gn
- MSB40M：https://s.click.taobao.com/ToQ68Gn
- NTC 5D-7：https://s.click.taobao.com/LrD08Gn
- XPM52CDP65：https://s.click.taobao.com/8r3VxQn
- 利兹线：https://s.click.taobao.com/IuyT7Gn
- 贴片固态电容：https://s.click.taobao.com/xylswQn
建议在立创商城里购买元器件：https://activity.szlcsc.com/invite/D03E5B9CEAAE70A4.html
在立创开源链接里的BOM表那点立即到立创商城下单可将用到的元器件一键导入到购物车。
资料下载地址
资料包含：立创EDA工程文件、原理图PDF、SMPSKit软件、用到的芯片的数据手册、焊接辅助（交互式BOM）、变压器规格书、Gerber文件、3块板拼一起的钢网文件（10*10以内，某宝打钢网15元左右）。
- 123云盘下载地址：https://www.123865.com/s/2Y9Djv-MaddH
- 百度网盘下载地址：https://pan.baidu.com/s/1yrOYifFEItxbd1aHXmoq4A?pwd=6k1n 提取码: 6k1n
- 立创开源平台开源链接：https://oshwhub.com/zeruns/pd65w-gallium-nitride-charger
▶ 电子/单片机技术交流QQ群： 2169025065
▶ eeClub-电子工程师社区: https://bbs.eeclub.top/
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English Version of the Article: https://blog.zeruns.top/archives/85.html