很幸運能申請到這塊開發板,這邊主要從1.開發板的外觀;2.主要電路的設計,元器件的參數、PCB;3.電源的性能測試三個方面來感受這個板子。
開發板外觀
參考官方的設計報告
發板采用模塊化設計,整體由主板、有源整流橋板和 USB PD 板三部分組成,外形緊湊,具體尺寸與結構如下:
主板:采用 FR4 材質,2 盎司銅厚,板厚 1.6mm,外形尺寸為 80.5x63.5x20mm(含插腳空間),包含輸入 EMI 濾波、PFC 電路、反激式變換器等核心電路區域,頂面、底面及兩層內層均有明確的布線分區,關鍵元器件(如變壓器、電感、功率 IC)布局規整,散熱相關區域預留了導熱墊和散熱片安裝位置。
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有源整流橋板:同樣為 FR4 材質,2 盎司銅厚,板厚 0.8mm,尺寸約 32x18.5mm,專門承載整流橋、有源整流橋 FET 及控制器,頂面和底面分別布置核心功率器件與輔助電路,布局緊湊以減少引線損耗。
USB PD 板:FR4 材質,2 盎司銅厚,板厚 1.6mm,尺寸約 15.7x13.4mm,集成 USB Type-C 接口、PD 控制器及 ESD 保護器件,頂面和底面分層設計,接口區域預留了熱敏電阻和 TVS 二極管安裝位,確保插拔安全性。
重量:整個板子的重量在163.6g,比iPhone16 手機還輕一些
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核心元器件與layout
開發板的元器件涵蓋功率轉換、控制、濾波、保護等多個類別,都是大廠的牌子用料非常扎實:
PFC 控制器:HiperPFS-5 系列 PFS5277F,集成準諧振 DCM PFC 控制器、750V PowiGaN 開關管及高壓自啟動電路,采用 InSOP-T28F 封裝,負責輸入功率因數校正,支持無散熱片實現高功率輸出。
反激式開關 IC:InnoSwitch5-Pro 系列 INN5377F-H905,集成高壓 PowiGaN、同步整流和 FluxLink?反饋技術,采用 InSOP-T28D 封裝,控制 DC-DC 反激變換,支持次級側控制與初級側調節,實現高效率功率轉換。
USB PD 控制器:英集芯 IP2756,采用 QFN24 封裝,作為 USB Type-C 和 PD 3.1/EPR 控制器,通過 I2C 接口與 InnoSwitch5-Pro 通信,實現多電壓輸出配置與協議協商。
PD 協議芯片
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功率 MOSFET:包括有源整流橋用 N 溝道 MOSFET(TK055U60Z1)、同步整流 MOSFET(AONS62922)、母線開關 MOSFET(BSC010N04LSIATMA1),分別承擔整流、次級同步整流和 USB 接口母線控制功能,具備低導通電阻和高耐壓特性。
下面是手冊的一些重要參數
英飛凌SC010N04LSIATMA1
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AONS62922
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TK055U60Z1
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2SCR514P
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磁性元器件
PCB上用了一個反激式變壓器(T101) 這個看文檔說明是定制的。文檔很貼心,詳細講解了如何制作這個變壓器。另一個PFC升壓電感,這部分自己涉獵的比較少走馬觀花了一遍。
開發板 Layout 設計
Layout 分層與材質
主板采用 4 層 PCB 設計(頂面、內層 1、內層 2、底面),有源整流橋板和 USB PD 板為雙層 PCB 設計,所有板材均為 FR4,銅厚 2 盎司,確保大電流承載能力和散熱性能。
內層主要用于電源平面和地平面分割,減少接地阻抗和電磁干擾;頂面和底面布置元器件和信號走線,功率器件區域預留大面積銅皮用于散熱。
Layout 特點
分區布局:嚴格劃分輸入 EMI 濾波區、PFC 電路區、反激變換區、USB PD 接口區,功率電路與信號電路分離,避免干擾;發熱器件(如 InnoSwitch5-Pro、HiperPFS-5、SR FET、升壓二極管)分散布局,預留散熱空間和導熱路徑 。功率mos。整整流橋,變壓器后都有一個大的散熱鋁片進行散熱。大電流的走線上下通過過孔連接,底層pcb做開窗處理使得芯片的溫度通過底層的熱焊盤能夠迅速的向外傳遞。整體相當優秀。
性能測試
測試主要使用的設備有,功率計,電子負載儀,USB PowerZ PD測試儀,熱電偶傳感器,電腦等。
測試說明(簡要)
測試目的:驗證 RDK-1002(PowiGaN)開發板在常見 PD 輸出檔位下的熱性能、穩態能力與動態響應。
連接如下
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實際連接圖
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通過電子負載儀的示數與功率計的功率示數。測試得出的結論如下表
電壓
電流
輸出功率
輸入功率
效率
4.82V
3.112A
15W
17.5W
85.7%
8.87V
3.041A
27W
30W
90 %
11.65V
5.148A
60W
67.6W
88.8%
14.65V
5.116A
75W
83.2W
90.1%
19.62V
5.095A
100W
109.5W
91.3%
27.12V
5.15A
140W
153.7W
91 %
從結論看在5V ,12V檔位 沒有達到90% 與官方的測試數據有些出入。我仔細排查了線等鏈接的都很好。這個有待進一步測試
測試方法(簡要)
各檔位先在恒壓-恒流模式下加載至額定電流或目標功率,穩定后記錄輸入/輸出電壓、電流、功率與器件溫度;記錄時間點與環境溫度。溫度測試,測試30~60分鐘的溫度情況
測試點標注:
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測試點描述
測試點
熱電偶通道
U102
通道2
U100
通道1
point3
通道3
point4
通道5
下圖point1
通道7
下圖為各個電壓的溫升情況與熱成像的圖
5V 溫升
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9V 溫升
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12V 溫升
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15V 溫升
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20V 溫升
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28V 溫升
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動態響應:對 28V 檔進行負載階躍(USBPD記錄輸出波形)使用負載設置CC模式,電流在1A~4.5A 5s反轉一次 到并拍攝視頻以觀察電壓恢復與環路特性。
12V動態視頻鏈接:bbs.eeworld.com.cn/iframe_video.php?vid=78dd6e0e70141e7e2e23082b697dfc8d
15V動態視頻鏈接:bbs.eeworld.com.cn/iframe_video.php?vid=053c84824f625c284f2fd523cc5d43cf
20V動態視頻鏈接:bbs.eeworld.com.cn/iframe_video.php?vid=21215a2022796c6debc1b183bc12a1e7
28V動態視頻鏈接:bbs.eeworld.com.cn/iframe_video.php?vid=7a8217f1745c397afa12982a07383969
USB PD 采用我設置的是1K ,看這波形還可以。手頭上沒有示波器電流探頭,所以就先用這個設備測試一下。
快充協議的抓取
使用pd誘騙器來抓去PD 通信的過程
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將PD誘騙器設置成手動模式,然后通過按鍵來改變pd請求的電壓具體過程見下圖
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結合上圖用AI生成了一份流程圖如下
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核心通信流程
整個過程遵循 PD 協議的經典 “四步握手” 模型:Source_Cap → Request → Accept → PS_RDY。
物理連接與默認供電:
設備插入后,Source(充電器)先提供 5V 基礎供電。
雙方通過 CC 引腳建立 BMC 編碼通信。
能力交換(Discover Identity / Capabilities):
Source 先發能力通告,列出支持的電壓檔位(截圖中包含 5V, 9V, 12V, 15V, 20V,28V)。
Sink 收到后回復 GoodCRC 確認。
逐級請求(Request):
Sink 根據自身需求,按順序請求每一個電壓檔位。
Accept:Source 確認請求有效,回復 Accept 并準備切換電壓。
PS_RDY:Source 完成 VBUS 電壓切換并穩定后,發送 PS_RDY (Power Supply Ready),通知 Sink 可以使用新電壓。
總結
本次對 RDK-1002(PowiGaN)開發板的評測表明:板子采用模塊化與 4 層 2oz 銅板設計,選用 HiperPFS-5、InnoSwitch5?Pro 與 IP2756 等成熟器件,用料與布局均體現出面向高功率密度與良好散熱的工程實現。實測在高壓檔(20V、28V)可穩定輸出 100W/140W,效率約 91%,動態響應與 PD 握手流程正常;5V 與 12V 檔位的效率低于預期,有待進一步排查(連接線、測量誤差或器件工作點差異)。熱學測試顯示在額定負載下溫升可控,且散熱設計(大銅面、過孔、散熱鋁片)有效降低熱點。總體結論:RDK-1002 很好地展示了 PowiGaN 在高密度電源設計中的優勢,適合作為高效、緊湊 USB?PD/PD 3.1 參考設計。
感謝 EEWorld 社區與 Power Integrations(PI)對本次評測的大力支持與樣品提供。
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