STMicroelectronics EVLONEMP評估板是一款出色的功率密度USB供電多端口板，設有USB Type-A端口和支持可編程電源 (PPS)的USB Type-C?端口。該設計支持各種輸入電壓，可在Type-A端口上提供10W功率（5V，2A時），在Type-C端口上提供五個固定PDO和兩個APDO。該板基于ST-ONEMP數字控制器，該控制器在單一封裝中嵌入了?Arm Cortex? M0+內核、具有同步整流功能的離線可編程控制器以及USB PD PHY。該系統專門設計用于控制ZVS非互補有源鉗位反激式轉換器，以創建帶USB供電接口的高功率密度充電器和適配器。

數據手冊：*附件：STMicroelectronics EVLONEMP評估板數據手冊.pdf

STMicroelectronics EVLONEMP包括一個有源鉗位反激式控制器以及位于一次側的高壓啟動。微控制器以及控制轉換和USB供電通信所需的所有外設均位于二次側。兩側通過嵌入式電隔離雙通信通道進行連接。結合MasterGaN功率級，可實現高開關操作，從而使用小型磁性元件并實現非常高的效率。

特性

• 通用輸入電壓范圍
  • 90VAC至265VAC
  • 頻率：47Hz至63Hz
• 最大輸出功率：65W
• 尺寸：58mm x 36mm x 20mm （長 x 寬 x 高）
• 功率密度：26W/in^3^
• 滿載效率：>93%
• 恒流輸出
  • 3.75A（最大值，USB Type-C端口）
  • USB Type-A端口：2A（最大值）
• 輸出電壓范圍
  • 3.3VDC至21VDC，用于USB Type-C端口
  • 5V DC ，用于USB Type-A端口
• USB Type-C端口上的PD輸出（USB Type-A端口上無負載）：
  • 五個固定PDO：5V (3.75A)、9V (3.75A) 、12V (3.75A) 、15V (3.75A) 、20V (3.25A)
  • 兩個APDO (PPS)：3.3V至16V (3.75A)、3.3V至21V (3.25A)
• USB Type-C端口上的PD輸出（USB Type-A端口上有負載）：
  • 五個固定PDO：5V (3.75A)、9V (3.75A) 、12V (3.75A) 、15V (3.33A) 、20V (2.5A)
  • 兩個APDO (PPS )：5V至16V (3.3A)、5V至21V (2.5A)
• CV模式步進為20mV，PPS模式CC步進為50mA
• 反饋環路（恒定電流和恒定電壓）
• 掉電、過流、過熱、過壓和欠壓保護

示意圖

基于STMicroelectronics EVLONEMP評估板的65W多端口快充設計解析

一、產品核心特性：重新定義功率密度邊界

EVLONEMP評估板通過 ? 58×36×20mm（L×W×H） ? 的緊湊尺寸實現?65W最大輸出功率?，功率密度高達?26W/in3?，并具備以下關鍵技術指標：

1. ?寬電壓輸入?：90–265V AC（47–63Hz），適配全球電網標準
2. ?雙端口動態功率分配?：
   • ?USB Type-C口?：支持3.3–21V寬電壓輸出，最大電流3.75A
   • ?USB Type-A口?：固定5V/2A輸出
3. ?能效與保護機制?：
   • 滿載效率>93%
   • 集成欠壓/過流/過溫/過壓/褐電保護五重安全設計

二、架構創新：ST-ONEMP數字控制器與MasterGaN的協同設計

2.1 全球首顆Arm? Cortex?-M0+整合型數字控制器

數據手冊顯示，該板卡基于?ST-ONEMP?數字控制器，首次在單芯片內集成：

• 帶同步整流的離線可編程控制器
• USB PD PHY物理層通信
• 基于?ZVS非互補有源鉗位反激拓撲?，通過內置隔離雙通道實現原副邊信號傳輸

2.2 MasterGaN4功率級的關鍵作用

• 采用?31V FQFPN封裝?的增強模式GaN半橋
• 高頻開關操作（未明確頻率值）允許使用小型磁元件
• 配合?ST715MR高壓LDO線性穩壓器?（85mA輸入電流能力）實現輔助供電

三、USB Power Delivery協議的精細實現

3.1 Type-C端口功率配置（無Type-A負載時）

3.2 雙端口同時輸出時的智能降功率策略

當Type-A端口加載時，Type-C端口的20V輸出自動降為2.5A（50W），同時PPS模式調整為5–21V@2.5A，確保總功率不超過65W限額

四、硬件設計要點：從原理圖到物料選型

4.1 關鍵元器件布局（基于主板BOM表）

• ?整流橋?：Z4GP208L-HF（800V/2A）
• ?主控芯片?：ST-ONEMP（SSOP36封裝）
• ?GaN功率級?：MasterGaN4（5×5mm FQFPN）
• ?電流檢測?：0.62mΩ精密電阻（ROHM）

4.2 子板USB-A口獨立供電設計

• 采用?MP28167 buck-boost轉換器?（QFN16封裝）
• ?MP5030充電端口控制器?實現負載檢測與功率管理

五、設計驗證與性能優化建議

1. ?散熱設計?：在58mm長度內需通過PCB銅箔散熱結合外部殼體設計
2. ?EMI抑制?：
   • 10μH共模扼流圈（CM13090CT-242）
   • 三級π型濾波網絡（470nF×2 + 22μF電解電容）
3. ?動態響應測試?：需驗證PPS模式下的50mA恒流步進與20mV恒壓步進響應速度

六、技術趨勢展望

EVLONEMP展示了?數字化控制+GaN技術?在高功率密度快充領域的典型應用：

• 傳統模擬控制器向可編程數字控制器的遷移
• 高頻化（>100kHz）與集成化（單芯片解決原副邊控制）成為提升功率密度的關鍵路徑