‌STMicroelectronics EVLONE65W USB Type-C供电板技术解析

STMicroelectronics EVLONE65W USB Type-C™供电板是用于高密度、大功率65W USB供电 (USB-PD) 电路的参考设计，支持可编程电源 (PPS)。EVLONE65W参考供电板基于ST-ONE数字控制器。ST-ONE在单个集成封装中集成了Arm® Cortex- M0+内核、具有同步整流功能的离线可编程控制器和USB PD PHY。

数据手册；*附件：STMicroelectronics EVLONE65W USB Type-C™供电板数据手册.pdf

STMicroelectronics EVLONE65W供电板采用SSOP36封装，并且预装了ST-ONE数字控制器。该板还设有MasterGaN电源系统级封装 (SiP)，集成了栅极驱动器和两个增强模式GaN功率晶体管。

ST-ONE在MasterGaN功率级上实现了高开关操作，因此可在实现极高效率的同时使用小型磁性元件。

特性

• 通用输入电源范围：90VAC至265V AC ，47Hz至63Hz
• 最大输出功率：65W
• 功率密度 ^：^ 30W/in3
• 满载时效率>93%
• 最大恒定电流输出：3.75A
• 输出电压范围 ： 3.3VDC至21.0VDC
• PD输出
• 五个固定PDO
  • 5V @ 3.75A
  • 9V @ 3.75A
  • 12V @ 3.75A
  • 15V @ 3.75A
  • 20V @ 3.25A
• 两个APDO (PPS)
  • 3V至16V (3.75A)
  • 3.3V至21V (3.25A)
• PPS模式
  • CV步进：20mV
  • CC步进：50mA
• 通过认证的USB供电1.1.2电源适配器
• 恒流和恒压反馈环路
• 保护
  • 低压、过流、过热、过压、欠压

示意图

‌STMicroelectronics EVLONE65W USB Type-C供电板技术解析‌

‌一、产品概述‌
EVLONE65W是一款基于ST-ONE数字控制器的高功率密度USB-PD供电板，支持可编程电源（PPS）协议。其核心创新在于集成Arm® Cortex® M0+内核、离线可编程控制器、同步整流控制器及USB-PD PHY于单芯片，配合GaN功率级实现超紧凑设计（58×32×20 mm），功率密度高达30 W/in³，适用于高效充电器与适配器。

‌二、关键特性‌

1. ‌输入输出参数‌
   • 输入电压：90-265 Vac（47-63 Hz）
   • 输出功率：65 W（最大）
   • 输出电压范围：3.3-21 Vdc
   • 输出电流：3.75 A（最大恒流）
2. ‌USB-PD协议支持‌
   • ‌固定PDO‌：5 V/3.75 A、9 V/3.75 A、12 V/3.75 A、15 V/3.75 A、20 V/3.25 A
   • ‌ APDO（PPS） ‌：3.3-16 V@3.75 A、3.3-21 V@3.25 A
   • PPS步进精度：电压20 mV、电流50 mA
3. ‌能效与保护‌
   • 全负载效率＞93%
   • 多重保护：欠压/过压/过流/过温/Brown-out保护

‌三、系统架构与核心技术‌

1. ‌ST-ONE控制器‌
   • 集成初级侧主动钳位反激控制器与高压启动电路，次级侧MCU及USB-PD通信外设。
   • 采用隔离双通信通道连接初级与次级，确保安全性与信号完整性。
2. ‌功率拓扑‌
   • 零电压开关（ZVS）非互补主动钳位反激架构，搭配MasterGaN半桥功率级（MG1）。
   • 高频开关技术（未明确频率）结合小型磁元件（如变压器T1），优化体积与效率。
3. ‌关键电路模块‌
   • ‌输入整流滤波‌：桥式整流器（BR1）配合多层陶瓷电容（C2-C4）及电解电容（C5-C8）。
   • ‌GaN驱动‌：通过自举电路（C10、C13）实现高压侧驱动。
   • ‌反馈控制‌：恒压（CV）与恒流（CC）双环路，由ST-ONE的GPIO与ADC引脚实现精确调节。

‌四、材料清单（BOM）设计要点‌

1. ‌功率器件选型‌
   • MasterGaN4（MG1）：集成驱动与GaN HEMT的半桥模块，降低寄生参数。
   • 整流二极管：STPS30170DJF（D5-D8）、ES1JFL（D8），确保低反向恢复损耗。
2. ‌被动元件布局‌
   • 输出电容：采用聚合物电容（C29、C30）与陶瓷电容（C28）组合，降低纹波。
   • 电流检测：0.62 mΩ精密电阻（R5-R8）实现高精度电流监控。

‌五、应用场景与设计建议‌

1. ‌高密度适配器‌
   • 利用PPS协议动态调整输出电压，满足手机/笔电快充需求。
   • 建议加强散热设计，如通过PCB铜箔与外部散热器结合。
2. ‌安全与认证‌
   • 符合USB PD 3.1.1.2认证标准，设计时需注意隔离耐压（如变压器T1）与EMI抑制（共模电感L1）。