电源拓扑与安全合规方案-充电器PCB厂家指导

车载 USB 充电器 PCB：集成于中控、扶手箱，输出 USB-A/Type-C 接口（5V/2A、9V/2A、12V/1.5A），支持 QC3.0/PD2.0 协议，核心需求是宽电压输入（9V-32V）、高转换效率（≥85%）、多协议兼容。需体积小巧（通常＜4cm×6cm），适配车内狭小安装空间。

OBC 辅助 PCB：用于车载充电机（OBC）的辅助电源（如提供 12V/5A 给 OBC 控制单元），核心需求是高可靠性（MTBF≥10 万小时）、宽温工作（-40℃~125℃）、低纹波（输出纹波＜50mV）。需与 OBC 主电路隔离（电气隔离电压≥2500V）。

车载无线充电 PCB：集成于中控面板，支持 Qi 标准（输出功率 15W），核心需求是抗金属异物干扰（FOD）、高效率（≥75%）、低电磁辐射（符合 CISPR 25）。PCB 需与充电线圈紧密配合，且具备温度检测功能（防止过热）。

车载 USB 充电器（5-30W）：① 采用反激式拓扑（Flyback），适合宽电压输入与隔离需求，芯片选用 PI 的 INN3267（AEC-Q100 Grade 2，集成 MOSFET，效率≥85%）或 TI 的 UCC28780（支持 QC3.0 协议）；② 低功率场景（＜10W）可采用 Buck 拓扑，芯片如 TI 的 LM5164（同步整流，效率≥92%），简化电路设计。

OBC 辅助 PCB（10-60W）：① 采用正激式拓扑（Forward）或 LLC 谐振拓扑，正激式适合中功率（10-30W），芯片如 ON Semiconductor 的 NCP1399（AEC-Q100）；LLC 拓扑适合高功率（30-60W），效率≥90%，芯片如 TI 的 UCC25600；② 需实现原副边隔离，采用光耦（如 TLP181）或隔离式反馈芯片（如 ADI 的 ADUM1400）传输反馈信号。

车载无线充电 PCB（15W）：① 采用全桥逆变拓扑，驱动芯片如 TI 的 DRV10987（AEC-Q100，支持 PWM 驱动），配合 MOSFET（如 Infineon 的 BSC010N03LS，Rds (on)=10mΩ）；② 整流部分采用同步整流（SR），芯片如 TI 的 TPS25940，提升效率（比二极管整流高 10%）。

功率器件：① MOSFET 选用 AEC-Q101 认证的车规级器件，如 Infineon 的 IPB18N10S3L（Vds=100V，Id=18A），Rds (on)≤10mΩ（减少导通损耗）；② 整流二极管选用肖特基二极管（如 Vishay 的 VS-30BQ030，Vr=30V，If=30A），正向压降＜0.3V（降低损耗）。

控制与协议芯片：① USB 充电器的协议芯片选用沁恒的 CH224K（支持 QC3.0/PD2.0，AEC-Q100），实现电压电流调节；② OBC 辅助 PCB 的控制芯片选用 STM32G431（AEC-Q100），负责故障诊断与通信；③ 无线充电的 FOD 芯片选用 TI 的 BQ51013（支持异物检测，精度 ±1℃）。

被动器件：① 电感选用车规级功率电感（如 TDK 的 SLF7045T-100M1R0，耐温 125℃），饱和电流≥1.5 倍额定电流；② 电容选用 X7R/X5R 材质的陶瓷电容（耐温 - 55℃~125℃）、车规级电解电容（如 Nichicon 的 UPZ 系列，耐温 105℃），避免高温失效。

输入电路设计：① 输入端正向串联自恢复保险丝（如 Littelfuse 的 0435002.MRL，2A/32V），防止短路过流；② 并联 TVS 二极管（如 SMBJ36CA，钳位电压 36V），抵御汽车电源的瞬态电压（如启动时的 40V 尖峰）；③ 输入滤波采用 π 型网络（2 个电容 + 1 个电感），电容 0.1μF（高频）+10μF（低频），电感 10μH，滤除电源纹波（＜100mV）。

输出电路设计：① USB 输出端并联大容量电容（100μF/16V，电解电容）与高频陶瓷电容（0.1μF），输出纹波＜50mV（QC3.0 模式）；② 无线充电的输出端添加 LC 滤波网络（电感 10μH，电容 100μF），抑制逆变噪声；③ 输出电压采样电阻采用合金电阻（精度 ±1%，功率≥1W），确保采样精度（电压偏差≤±2%）。

反馈与控制电路：① 反激拓扑的反馈电路采用光耦 + TL431（基准电压 1.25V），实现输出电压稳定（偏差≤±2%）；② LLC 拓扑采用隔离式反馈（如 ADI 的 ADUM1400），避免原副边噪声耦合；③ 无线充电的 PWM 控制信号采用差分传输（阻抗 50Ω），长度差≤3mm，确保驱动同步性。

PCB 铜皮优化：① 功率路径（输入 - 开关管 - 输出）采用 2oz-4oz 厚铜设计，铜皮宽度≥2mm（承载 1A 电流时温升＜5℃）；② MOSFET、整流二极管等发热器件下方铺设散热铜皮（面积≥1cm2/W），铜皮与器件焊盘直接连接（减少热阻）；③ 散热铜皮上开设散热过孔（孔径 0.3mm，间距 1mm），贯穿 PCB 多层接地平面，热阻从 60℃/W 降至 25℃/W。

器件布局与散热结构：① 发热器件（如 MOSFET、电感）布局在 PCB 边缘（利于热量散发），间距≥5mm（避免热集中）；② 高功率 PCB（如 OBC 辅助 PCB）采用铝基板（导热系数 1.5-3W/m?K），或在 PCB 背面贴装铝制散热片（厚度 1mm，导热系数 200W/m?K），通过导热膏（热导率 8W/m?K）贴合；③ 无线充电 PCB 与线圈之间填充导热硅胶垫（厚度 0.5mm，热导率 3W/m?K），确保热量传递至外壳。

过压保护（OVP）：① 输入 OVP：通过分压电阻监测输入电压，超过 32V 时，MCU 控制 MOSFET 关断（响应时间＜100μs）；② 输出 OVP：USB 输出端通过协议芯片（如 CH224K）监测电压，超过 12V 时关闭输出。

过流保护（OCP）：① 功率路径中串联采样电阻（0.01Ω，合金电阻），通过运放（如 TI 的 OPA333）监测电流，超过额定电流 1.5 倍时，触发保护；② 无线充电 PCB 通过电流互感器（如 LEM 的 HO 10-P）监测线圈电流，超过 2A 时降低功率。

短路保护（SCP）：① 输出短路时，MOSFET 的 Rds (on) 产生压降，通过比较器（如 TI 的 LMV339）检测，触发快速关断（响应时间＜50μs）；② 采用具有 SCP 功能的集成芯片（如 PI 的 INN3267），无需额外电路，简化设计。

过温保护（OTP）：① 发热器件附近放置 NTC 热敏电阻（如 Murata 的 NCP15WF104F03RC，精度 ±1%），监测 PCB 温度，超过 105℃时降额输出，超过 125℃时关闭输出；② 无线充电 PCB 的线圈附近放置热敏电阻，防止异物导致的过热（温度超过 85℃时停止充电）。

电性能测试：① 输入电压范围测试（9V-32V），输出电压偏差≤±2%，电流偏差≤±5%；② 效率测试，USB 充电器在额定负载下效率≥85%，OBC 辅助 PCB≥90%，无线充电≥75%；③ 纹波测试，输出纹波峰峰值＜50mV（20MHz 带宽）。

安全测试：① 绝缘电阻测试（原副边之间），≥100MΩ（500V DC）；② 电气强度测试，原副边之间施加 2500V AC，1 分钟无击穿；③ 保护功能测试，短路、过压、过流时，保护响应时间＜100μs，且故障排除后可自动恢复。

环境可靠性测试：① 高低温循环测试（-40℃~85℃，1000 次循环），测试后效率变化≤5%，无器件损坏；② 振动测试（10-2000Hz，加速度 20G，每个轴向 2 小时），测试后焊点无脱落，功能正常；③ 湿热测试（40℃/95% RH，1000 小时），测试后绝缘电阻≥100MΩ。

合规认证：① 符合 ISO 16750（道路车辆电气及电子设备环境条件和试验）；② USB 充电器符合 USB-IF 认证（PD/QC 协议）；③ 无线充电符合 Qi 标准（WPC 认证）；④ EMC 测试符合 CISPR 25 Class 3（辐射发射≤40dBμV/m，传导发射≤74dBμV）。