150W 四口ACF氮化镓PD3.0充电器

开关电源具有一定的危险性，如果要复刻，请务必注意安全。

ACDC部分的输出电压设计为22.6V，输出电流7.3A

PFC设计的最低输入电压为100VAC，最高为240VAC

 

一些测试

测试使用的设备

鼎阳SDS804X HD示波器，100M无源探头，100M 2kv无源探头，含亿罗氏线圈电流探头，LittleBeeH1开源电流探头，差分探头（由开源项目），鼎阳SDG830信号发生器，手搓的注入变压器，炬为BW600电子负载，炬为不知道什么型号的电子负载，某宝55的不知名PowerMeter，隔离调压器，中创ET430 LCR表，FNIRSI FNB48P USB电流表，胜利VC921万用表，众仪ZT111万用表。（由于使用的设备，有些是比较廉价或非专业的，所以测试结果仅供参考）

ACDC部分

此时没有安装PD板

PFC电流

通道1黄色为AC输入，通道3蓝色是Vbulk，通道4绿色是输入电流

当前为230VAC/3.6A输出，PF=0.884

230VAC/7.3A输出，PF=0.965

100VAC/3.6A输出，PF=0.994

100VAC/7.3A，PF=0.997

PFC的开关管Vds和开关管电流

当前是240VAC/7.3A，开关管为谷底导通

100VAC/7.3A，开关管取得了ZVS

启动时有最大的同步管电压，下图为240VAC启动波形

通道1黄色为同步管Vds，通道2粉色为次级电流(由罗氏线圈探头)，通道3蓝色为初级Vds，通道4为初级开关管电流(采样电阻波形)

空载波形，由于不会打开上管，所以次级的Vds尖峰是比较高的

burst模式

DCM模式

BUR模式，我在这个模式下能听到变压器的噪音很大

满载7.3A的BCM模式

降低负载，频率会逐渐升高，防止负电流太大，约5.6A是，次级刚好达成ZCS，如果负载再降低，那就不能ZCS了

OPP阈值在7.5-7.7A之间，这是7.5A的波形

将环路断开，它会OVP（通道3蓝色为输出电压，通道2粉色为次级电流）

伯德图，这是3.6A时的，在2khz附近，存在跳变，是电子负载导致的，所以我选择忽略，穿越频率为3khz左右，相位裕度61.2°

7.3A的结果，同样的，在1.3khz附近有跳变，也是电子负载导致的

JW1551的X-cap Discharge

 

效率和纹波

输入电压：110VAC

输入电压：230VAC

3.6A的纹波，存在2khz左右的分量，事实上就是电子负载导致的

 

包含PD板的部分

由于设备有限，只测了单口和双口的

单口最高100W，只测了CH1的

230VAC

 

110VAC

 

230VAC 20V 5A的截图

然后是双口的效率测试

下面是230VAC，CH1是100W，CH4是20V 1.25A，也就是125W输出

根据下面的结果，CH1输出20.33*5=101.65W，CH4输出20.24*1.248=25.25952W，输入为135.5W，效率为93.66%

依照这样的方法，

230VAC 100W+50W双口满载，输出功率为101.65+50.825，输入功率为163.1W，效率为93.485%，PF=0.967

110VAC 100W+25W，输出功率为101.62967+50.6，输入功率为138.2W，效率为91.859%，PF=0.995

110VAC 100W+50W双口满载，输出功率为101.58901+51.29259，输入功率为166.5W，效率为91.857%，PF=0.996

 

还有空载功耗，空载下PFC不工作，同时MCU进入stop mode

230VAC下，空载功耗为0.2-0.3W，110VAC下，空载功耗在0.2W附近

 

 

测试到这里暂时结束

现在还是裸板状态，而裸板的时候，有些元件温度很高，比如在高电压下，7.3A满载，同步整流控制器温度上升很快，逼近100℃，可能它本身的发热并不高，因为SOT23-6的散热很差，导致温度很高。

而低电压下，PFC的和整流桥的压力比较大，尤其是整流桥，高负载下，其温度可以轻松达到上百，所以可能要考虑填充导热胶，将其热量传导到附近元件上，还有考虑低压下降额使用。

初级的NTC，我并联了一个温控开关，他们之间覆盖导热胶，但整个测试过程，温控开关都没有导通，可能时间要足够长。

必须要有一些导热/散热措施，才能看看长跑的温度怎么样，目前该动作还未完成。

 

下我对ACF的理解

ACF拓扑如下

它可以实现初级上下管的ZVS和次级的ZCS

下面的仿真波形中，红色是SW节点，即下管Vds

绿色是次级整流电流，蓝色是初级电流

每次上管关闭后，初级都有一个负电流，为了实现下管ZVS，该电流必须将下管的coss电压抽走，同时上管coss充电

需要注意，调整钳位电容，漏感，和与次级同步管相连的电容，可以修改谐振频率，该频率会影响次级电流的波形，如果在上管关闭时，次级电流没有归零，在死区时间内，Lp被钳位，那这个负电流的能量为0.5*Lk*Ivalley^2，但通常希望上管关闭前次级电流就归零了，这样次级有ZCS，那这个负电流的能量为0.5*(Lk+Lp)*Ivalley^2。

但无论如何，要实现ZVS，这个负电流能量必须大于2*(0.5*coss*(Vbulk+Vor)^2)，Vor为反射电压，（但从仿真来看，同步管的coss似乎也会影响这个死区阶段，所以可能也要包括0.5*coss_sync*(Vout+Vbulk/N)^2，但我并没有看到资料提到）。

当死区时间结束后，SW开关节点已经是0V了，这个时候下管打开，初级电流从Ivalley线性上升到Ipeak，对于峰值电流模式，该Ipeak受控于反馈引脚。

下管关闭后，也是有一个死区时间，Lp的Ipeak将给下管coss充电，上管coss放电，达到Vbulk+Vor，而上图中的Vclamp的对地电压就是Vbulk+Vor，所以上管两端为0V，此时打开上管，上管取得ZVS。

随后同步管开始导通，其电流波形如上图。经过一段时间，上管关闭，然后就是前面提到过的死区，这样一个周期结束。

 

我仿真过程中，得到了一些结论

• 钳位电容的电压应力在Vor附近，但由于存在谐振，其电压应力会比Vor高点
• 上下管的电压应力为Vbulk+Vor
• 计算时，其占空比可以按照反激CCM的占空比公式来计算
• 其励磁电流是连续的，平均励磁电流ILp*(1-D)=Ior是成立的，其中Ior为折算到初级的平均次级电流，Ior=Iout/N。

看下图，红色是励磁电流，对应上面的L2电感电流，绿色是次级电流，蓝色是输出电压。下面的Value是他们的平均值。输入电压为360V，匝比N=7，根据上面的结论，通过CCM反激的占空比公式计算占空比为0.30455，则ILp*(1-D)=1.5*(1-0.30455)=1.0432A，而Ior=Iout*N=7.278/7=1.0397，两者接近。

• 看励磁电流的三角波，有ΔI=Ipeak-Ivalley=2*(ILp-Ivalley)。然后根据电感公式V=L*ΔI/Δt，得到Vbulk=Lp*(Ipeak-Ivalley)/DT。我们将这两个等式，包括上一点的等式联立，经过代数运算，可以得到一个频率f的等式，因此可以估算ACF了。
• 死区时间，我是根据前一阶段的条件，得到死区时间内，下管Vds(t)的等式，但这个等式是不考虑次级同步管的coss的，我前面提到，同步管的coss也会影响死区时间，所以事实上并不准确，而如果考虑同步管的coss的话，那等式就解不出来了。但有一点可以肯定的是，上管打开前的死区时间大于下管打开前的死区时间。实际上，死区时间应该并不需要精确计算，至少这个项目上，我没有计算精确的死区时间。

 

关于变压器的制作

PFC电感用的磁芯是ATQ2516，卧式4+4的骨架，槽宽8mm，ACF的磁芯是ATQ2716，立式5+2的骨架，槽宽8.4mm，磁材都是PC95，这两个都可以在某宝购买到

展示一下绕制过程（PFC电感绕制比较简单，所以没拍照片）

首先是内层的初级，0.1*30的多股漆包线

然后第二层，AUX和屏蔽

可以提前在这里粘一块胶布，防止AUX直接碰到初级绕组，然后就是AUX绕完之后绕屏蔽，均使用0.15*1的漆包线

然后是次级，也是在这里粘一块胶布，用0.1*220的三层绝缘线

另一个屏蔽，用单根0.1的漆包线，注意这个最好不要交叉，我这里交叉了，导致效果不是很好

然后最外层的初级，从停靠点继续，绕完之后像这样操作

然后打磨气隙，直到初级电感在230uh附近

漏感

 

制作时有几个需要注意的

PFC电感使用的是0.1*40的多股漆包线，然而漆包线股数越多，就越容易散开，可以考虑使用0.1*40的丝包线，导线是被包住的，不容易散开，而且耐压更好，不过我自己没有尝试过。

ACF的变压器，骨架上需要提前把Pin1和Pin2拔掉，Pin4剪掉一部分，内层的初级绕完后停靠在Pin4

次级输出的飞线长度，这个飞线长度是会影响漏感的，而ACF需要依靠漏感，我这里P3引出长度约30mm，P4引出长度约24.5mm，不过我实验过，这个长度对谐振频率的影响不会很大，所以差不多就可以了。

我前面有提到，JW1551工作在BUR模式时，变压器的噪音很大，所以我在磁芯的中间打了704胶，还搞了真空浸漆，噪音确实有所改善但并未消除，可能是我哪里没有搞好吧。

 

这个项目的其他内容

PFC部分我并没有调试太多，参照手册的 Recommended Schematic and Parameters 就可以正常工作

 

ACF部分，我是用的次级谐振，也就是减小输出电容，增大钳位电容，然后输出增加一个LC滤波

这里的钳位电容C9,C10,C11和输出电容C31,C33,C34都是参与谐振的，所以它们的有效电容很重要，我使用的是X7R的MLCC，事实上，输出电容使用比较小的固态电容，比如10uf，4.7uf，可以很容易得到一定的有效电容，也可以次级谐振，但效率会大幅下降，固态电容本体也会发热，所以最好还是用MLCC。

MLCC有偏压特性，而偏压特性表现最好的就是NP0/C0G，但它们的容量偏低，而且价格非常贵，所以只能选X7R，但较大封装和较大耐压的MLCC，偏压特性表现也会好一些，所以选用1210的MLCC，钳位电容我用的是 信昌电陶的 680nf/250V/X7R/10%/1210（C692307），输出电容用的是 信昌电陶的 10uf/50V/X7R/10%/1210（C381467）。

在某宝上有很多离谱的MLCC的耐压，容值，封装组合，比如1206 100uf 25V，这样的组合大品牌都没有，不要指望山寨厂有了，要不然就是不合格的产品，千万不要选择这样的电容，在偏压下，它们有效电容会大幅下降。

 

JW1551它有一个特点，就是除了空载，其他时候，出现自然震荡之后，它要先打开上管，导致这个时候次级有电流

就像下面这样，因此，一般的同步整流控制器将无法使用，必须使用同品牌的同步整流控制器，因为它的一些控制逻辑可以兼容这种情况。

这里通道2粉色是次级电流，通道3蓝色是次级Vds，通道4绿色是同步管Vgs，前面有电流流过同步管，但并没有开通Vgs，到后面真正的(1-D)阶段，才打开同步管

看JW1550的手册，好像没有这个特点，所以它可能可以兼容别的同步整流控制器，但我并未尝试。

 

关于PD板的MCU软件

我制作了一个识别电阻来做功率分配的功能，这样可以在一定程度上自由分配不同组合时的功率分配

当初始化完毕后，就会关闭ADC和相关引脚，之后也不再使用了

每当插入typec时，VOUT_SIG信号会触发中断，然后MCU立即设定其功率，并发送src change，所有其他充电口不会中断充电，但有一些设备，尽管没有中断，它的充电电流还是会到0，然后再增加。

另外，在我的另一个项目【65W DK065G QR氮化镓双TypeC充电器】中，有一个问题，就是某根线插入时分配的功率<60W，后面再给它分配>60W的功率时，然后写src change后，此时就只有60W了。比如某通道接入后，为其分配45W功率，其他通道拔出后，它可以用100W功率了，但只广播60W，除非拔插之后，就广播100W了

这个问题现在已经解决，只需要把0XB7的bit 1设为0。 这样它不识别emarker了吗，应该还是会的，我这里有根没有emarker的线，插入后只广播最大3A的电流，正常的100W的线，还是可以输出20V5A。

MCU也会控制PFC的开关，当有设备时，MCU会轮询每一路I2C，获取每一路的功率，轮询频率为1Hz。PFC关闭时，如果总功率>=20W，则打开PFC；PFC打开时，如果总功率<=7W，则关闭PFC。

当所有通道都没有设备时，等待时间过后，会进入stop mode，以降低待机功耗。

PD板上有UART引出，通过串口可以查看状态，只需要连接PD板上的TX，它的RX没有做功能

 

2026年5月17日更新

之前的PD板的功率分配的三口输出的描述有误，现在已经改正（低CH更优先）。

然后做了一些散热措施

在上面，有一些位置插入了麦拉片，PD板和变压器之间（没有穿过开槽），以及次级同步整流部分和初级之间的开槽

在整流桥和EMI器件下面的缝隙添加了导热胶，然后上面覆盖了2.5mm导热贴，导热贴和导热胶之间覆盖了导热硅脂，NTC和温控开关之间也有导热胶，但那是之前弄的。在变压器上面覆盖了2mm导热贴。

然后覆盖大面积的麦拉片，再覆盖铜片，铜片要接地，我是接的次级地，麦拉片和铜片之间添加了导热硅脂。

在下面，同步整流那一块，和初级功率和控制部分和左下角的一块，覆盖了2.5mm导热贴，PFC二极管覆盖了1mm导热贴、

然后同样是覆盖大面积的麦拉片，然后再覆盖铜片，铜片依然是接的次级地，铜片和麦拉片之前有导热硅脂。

用胶带包起来

 

然后就是温度表现，只测了230VAC下7.3A输出的工况，此时PD板没有负载

跑了1小时45分钟，在这个过程中，温控开关闭合了，NTC就不发热了，而且后面一直没有断开。

这里温度最高，在95℃左右徘徊，但不清楚具体是哪个元件，就是在AUX电容附近

那个圆的是大电容，缝隙里面有85℃

底面和顶面

 

然后是PD板部分，主要在正面的MOS覆盖了一些导热胶

PD板也是在230V下测试，CH1跑20V 5A， CH2跑20V 2.5A，这个负载下，ACDC的压力比7.3A输出小，因为输入功率更小。

只测了28分钟，因为看起来这些散热措施不太够

在正面，CH1附近，接近110℃

然后后面的电感也有106℃，旁边的85.4℃是初级控制器那一块

110VAC就不测了，从230VAC表现上看，110VAC是要降额的，或采取更强的散热措施。

上面提到的导热贴，宣称的导热系数都是13W/m.k

固化型导热胶，在NTC和温控开关之间的是卡夫特K-5204K，导热系数1.6W/m.k，其他地方用的是品赛的GK-920，导热系数2.0W/m.k

麦拉片，厚度都是0.43mm

铜片，两面都是70x70mm，厚度0.5mm