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【PI PowiGaN 开发板评测】RDK-1002:140W USB PD电源板测评,近距离感受PowiGaN性能

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很幸运能申请到这块开发板,这边主要从1.开发板的外观;2.主要电路的设计,元器件的参数、PCB;3.电源的性能测试三个方面来感受这个板子。

开发板外观

参考官方的设计报告


发板采用模块化设计,整体由主板、有源整流桥板和 USB PD 板三部分组成,外形紧凑,具体尺寸与结构如下:


主板:采用 FR4 材质,2 盎司铜厚,板厚 1.6mm,外形尺寸为 80.5x63.5x20mm(含插脚空间),包含输入 EMI 滤波、PFC 电路、反激式变换器等核心电路区域,顶面、底面及两层内层均有明确的布线分区,关键元器件(如变压器、电感、功率 IC)布局规整,散热相关区域预留了导热垫和散热片安装位置。



有源整流桥板:同样为 FR4 材质,2 盎司铜厚,板厚 0.8mm,尺寸约 32x18.5mm,专门承载整流桥、有源整流桥 FET 及控制器,顶面和底面分别布置核心功率器件与辅助电路,布局紧凑以减少引线损耗。

USB PD 板:FR4 材质,2 盎司铜厚,板厚 1.6mm,尺寸约 15.7x13.4mm,集成 USB Type-C 接口、PD 控制器及 ESD 保护器件,顶面和底面分层设计,接口区域预留了热敏电阻和 TVS 二极管安装位,确保插拔安全性。

重量:整个板子的重量在163.6g,比iPhone16 手机还轻一些


核心元器件与layout

开发板的元器件涵盖功率转换、控制、滤波、保护等多个类别,都是大厂的牌子用料非常扎实:

  • PFC 控制器:HiperPFS-5 系列 PFS5277F,集成准谐振 DCM PFC 控制器、750V PowiGaN 开关管及高压自启动电路,采用 InSOP-T28F 封装,负责输入功率因数校正,支持无散热片实现高功率输出。

  • 反激式开关 IC:InnoSwitch5-Pro 系列 INN5377F-H905,集成高压 PowiGaN、同步整流和 FluxLink™反馈技术,采用 InSOP-T28D 封装,控制 DC-DC 反激变换,支持次级侧控制与初级侧调节,实现高效率功率转换。

  • USB PD 控制器:英集芯 IP2756,采用 QFN24 封装,作为 USB Type-C 和 PD 3.1/EPR 控制器,通过 I2C 接口与 InnoSwitch5-Pro 通信,实现多电压输出配置与协议协商。

PD 协议芯片


  • 功率 MOSFET:包括有源整流桥用 N 沟道 MOSFET(TK055U60Z1)、同步整流 MOSFET(AONS62922)、母线开关 MOSFET(BSC010N04LSIATMA1),分别承担整流、次级同步整流和 USB 接口母线控制功能,具备低导通电阻和高耐压特性。


下面是手册的一些重要参数


英飞凌SC010N04LSIATMA1


AONS62922


TK055U60Z1


2SCR514P


磁性元器件

PCB上用了一个反激式变压器(T101) 这个看文档说明是定制的。文档很贴心,详细讲解了如何制作这个变压器。另一个PFC升压电感,这部分自己涉猎的比较少走马观花了一遍。

开发板 Layout 设计

Layout 分层与材质

  • 主板采用 4 层 PCB 设计(顶面、内层 1、内层 2、底面),有源整流桥板和 USB PD 板为双层 PCB 设计,所有板材均为 FR4,铜厚 2 盎司,确保大电流承载能力和散热性能。

  • 内层主要用于电源平面和地平面分割,减少接地阻抗和电磁干扰;顶面和底面布置元器件和信号走线,功率器件区域预留大面积铜皮用于散热。

Layout 特点

  • 分区布局:严格划分输入 EMI 滤波区、PFC 电路区、反激变换区、USB PD 接口区,功率电路与信号电路分离,避免干扰;发热器件(如 InnoSwitch5-Pro、HiperPFS-5、SR FET、升压二极管)分散布局,预留散热空间和导热路径 。功率mos。整整流桥,变压器后都有一个大的散热铝片进行散热。大电流的走线上下通过过孔连接,底层pcb做开窗处理使得芯片的温度通过底层的热焊盘能够迅速的向外传递。整体相当优秀。

性能测试

测试主要使用的设备有,功率计,电子负载仪,USB PowerZ PD测试仪,热电偶传感器,电脑等。

测试说明(简要)

  • 测试目的:验证 RDK-1002(PowiGaN)开发板在常见 PD 输出档位下的热性能、稳态能力与动态响应。

连接如下


实际连接图


通过电子负载仪的示数与功率计的功率示数。测试得出的结论如下表

电压

电流

输出功率

输入功率

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 %

从结论看在5V ,12V档位 没有达到90% 与官方的测试数据有些出入。我仔细排查了线等链接的都很好。这个有待进一步测试

测试方法(简要)

  • 各档位先在恒压-恒流模式下加载至额定电流或目标功率,稳定后记录输入/输出电压、电流、功率与器件温度;记录时间点与环境温度。温度测试,测试30~60分钟的温度情况

测试点标注:



测试点描述

测试点

热电偶通道

U102

通道2

U100

通道1

point3

通道3

point4

通道5

下图point1

通道7

下图为各个电压的温升情况与热成像的图


5V 温升



9V 温升



12V 温升


15V 温升



20V 温升



28V 温升



  • 动态响应:对 28V 档进行负载阶跃(USBPD记录输出波形)使用负载设置CC模式,电流在1A~4.5A 5s反转一次 到并拍摄视频以观察电压恢复与环路特性。

12V动态视频链接:bbs.eeworld.com.cn/iframe_video.php?vid=78dd6e0e70141e7e2e23082b697dfc8d

15V动态视频链接:bbs.eeworld.com.cn/iframe_video.php?vid=053c84824f625c284f2fd523cc5d43cf

20V动态视频链接:bbs.eeworld.com.cn/iframe_video.php?vid=21215a2022796c6debc1b183bc12a1e7

28V动态视频链接:bbs.eeworld.com.cn/iframe_video.php?vid=7a8217f1745c397afa12982a07383969

USB PD 采用我设置的是1K ,看这波形还可以。手头上没有示波器电流探头,所以就先用这个设备测试一下。

快充协议的抓取

使用pd诱骗器来抓去PD 通信的过程


将PD诱骗器设置成手动模式,然后通过按键来改变pd请求的电压具体过程见下图







结合上图用AI生成了一份流程图如下


核心通信流程

整个过程遵循 PD 协议的经典 “四步握手” 模型:Source_Cap → Request → Accept → PS_RDY。

物理连接与默认供电

设备插入后,Source(充电器)先提供 5V 基础供电。
双方通过 CC 引脚建立 BMC 编码通信。

能力交换(Discover Identity / Capabilities)

Source 先发能力通告,列出支持的电压档位(截图中包含 5V, 9V, 12V, 15V, 20V,28V)。

Sink 收到后回复 GoodCRC 确认。

逐级请求(Request)

Sink 根据自身需求,按顺序请求每一个电压档位。
Accept:Source 确认请求有效,回复 Accept 并准备切换电压。
PS_RDY:Source 完成 VBUS 电压切换并稳定后,发送 PS_RDY (Power Supply Ready),通知 Sink 可以使用新电压。

总结

本次对 RDK-1002(PowiGaN)开发板的评测表明:板子采用模块化与 4 层 2oz 铜板设计,选用 HiperPFS-5、InnoSwitch5‑Pro 与 IP2756 等成熟器件,用料与布局均体现出面向高功率密度与良好散热的工程实现。实测在高压档(20V、28V)可稳定输出 100W/140W,效率约 91%,动态响应与 PD 握手流程正常;5V 与 12V 档位的效率低于预期,有待进一步排查(连接线、测量误差或器件工作点差异)。热学测试显示在额定负载下温升可控,且散热设计(大铜面、过孔、散热铝片)有效降低热点。总体结论:RDK-1002 很好地展示了 PowiGaN 在高密度电源设计中的优势,适合作为高效、紧凑 USB‑PD/PD 3.1 参考设计。

感谢 EEWorld 社区与 Power Integrations(PI)对本次评测的大力支持与样品提供。

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