基于STCH03L与SRK1000B的36W多电压USB充电器设计亮点

一个36w，宽输入电压范围，USB充电器演示板，具有可选输出电压（5-9-12 V - @ 3 a输出电流）。

设计笔记，原理图和BOM：
*附件：36W USB 充电器，可选择输出电压（5-9-12V@3A）.pdf

• 基于STCH03L（锁存型OVP）和SRK1000B。并给出了该充电台的运行情况和评价结果。所选充电器拓扑为准谐振反激变换器，具有二次侧同步整流。
• STCH03L是一款电流模式准谐振（QR）控制器，在同一封装中结合了高性能低压PWM控制器芯片和650 V HV启动单元；它通过使用初级传感反馈提供恒定输出电流（CC）调节，消除了对专用电流参考IC和电流传感器的需要，同时仍然保持相当精确的输出电流调节。
• SRK1000B控制二次侧的同步整流MOSFET，以最小的导通延迟驱动其栅极，并最大化关断时间瞬间（通过自适应机制），使SR MOSFET体二极管在关断后的剩余导通降低到300 ns的目标值。

充电器板（见图1）具有非常好的每瓦高功率密度，提供高效率，极低的空载消耗（小于20 mW），卓越的emi性能和一整套集成保护功能，大大提高了产品的安全性和可靠性。

1. 核心拓扑与芯片选型

• 准谐振反激（QR Flyback）拓扑
  采用STCH03L作为主控制器，结合高压启动单元与电流模式控制，实现谷底开关（Valley Switching），降低开关损耗。主开关管（Q1）选用800V耐压的MDmesh K5 MOSFET（RDS(on)=0.37Ω），平衡导通与开关损耗。
• 次级同步整流（SR）
  使用SRK1000B控制器驱动次级MOSFET（Q5，RDS(on)=11mΩ@4.5V），通过自适应关断机制将体二极管导通时间限制在300ns内，提升整机效率（峰值效率>90%）。

2. 多电压输出机制

• 可调输出（5V/9V/12V@3A）
  通过SEL1/SEL2信号控制分压网络，动态调整反馈环路：
  • SEL1=Low, SEL2=Low → 5V
  • SEL1=Low, SEL2=High → 9V
  • SEL1=High → 12V
    切换时通过MOSFET Q2快速放电至目标电压，避免电压残留。

3. 高效能与低待机功耗

• 效率表现
  • 12V输出：满载效率90.68%（230Vac），符合EU CoC Tier 2标准（4点平均效率>88.3%）。
  • 待机功耗：<20mW（230Vac），优于行业标准。
• 关键设计
  • 输入级π型滤波（C1-L1-C2）抑制差模噪声。
  • 低ESR输出电容（470μF固态电容）降低纹波（<150mV@12V）。

4. 保护与可靠性

• 多重保护机制
  • OVP/UVP ：通过ZCD引脚监测辅助绕组电压，触发阈值分别为14V（OVP）和3V（UVP），支持锁存或打嗝模式。
  • 短路保护 ：输出短路时进入打嗝模式，输入功率<235mW（230Vac）。
• 热管理
  • 满载时关键元件温度：
    • 主MOSFET（Q1）68℃（230Vac）
    • 同步整流MOSFET（Q5）62℃
    • 散热设计通过双面PCB布局优化（73x55mm，FR-4材质）。

5. EMI与PCB设计

• EMI性能
  通过输入滤波、RCD钳位电路（R2-C3-D2）及变压器屏蔽设计，满足EN55022 Class B标准，余量充足。
• 变压器设计
  • 双EFD25磁芯，初级电感700μH，漏感<2%。
  • 内部铜屏蔽层（0.16mm线径）与外部铜箔屏蔽，降低共模噪声。
    
    

6. 应用场景与扩展性

• 适用领域
  快速充电适配器、多设备USB供电、工业电源等。
• 开发支持
  提供现成模块（如EVLSTCH03-36W-SR），支持快速验证，BOM清单与PCB布局公开（双面板，70μm铜厚）。

总结

该设计通过准谐振拓扑与同步整流的结合，实现了高效率、低待机功耗与高功率密度（36W/73x55mm）。STCH03L的集成化设计（内置高压启动、CC/CV控制）与SRK1000B的自适应同步整流技术，显著简化了外围电路，同时满足严苛的能效与安全标准，是多电压USB充电器设计的优秀参考方案。

审核编辑 黄宇