便携式多通道口袋电源

项目介绍

欢迎！本项目面向嵌入式开发与硬件调试场景，设计一款小体积、便携的口袋式辅助电源。通过 PD 快充数据线输入，利用 PD 诱骗协议获取高压输入，经 DC-DC 与 LDO 稳压后，稳定输出28V、20V、15V、12V、9V、5V、3.3V三路常用电压，满足 MCU、传感器、模块等多外设同时供电需求，提升嵌入式调试与开发效率。

主要硬件器件介绍

• POWER-CH224K-ESSOP10
  一款 USB PD3.0 受电端协议诱骗芯片，最高支持 100W 功率，可与 PD 适配器自动完成电压协商，稳定诱骗输出 9V/12V/15V/20V 等高压，支持 I/O 电平配置与单电阻配置，内置过压保护 OVP 电路，输入电压范围为 4V–30V，具备静态工作电流小、外围电路精简的特点，采用 ESSOP10 封装并带有散热底板，非常适合小体积便携设备使用。
• XL2012E1
  一款宽输入高压 PWM Buck 降压型 DC-DC 转换芯片，输入电压范围 8V–40V，可完美适配 PD 诱骗输出的各类高压，芯片固定输出 5V 电压，最大输出电流可达 2.4A，转换效率最高 92%，内置功率 MOS 管、输出短路关断、过热保护以及限流保护功能，采用 150kHz 固定开关频率，具有外围电路简单、输出纹波小的优势，采用 SOP8L 封装，适用于嵌入式小体积电源方案。
• B540C-13-F
  一款肖特基二极管，主要用于电路续流、整流以及防反接、防倒灌保护，具有正向压降低、开关速度快、自身损耗小的特性，能够有效保护后级 DC‑DC 与 LDO 芯片免受反向电压、热插拔浪涌冲击损坏，采用 SOD‑123FL 超小贴片封装，占用空间小，适合高密度紧凑布局的 PCB 设计。
• LT1117CST-3.3
  一款低压差固定 3.3V 线性稳压器，可输出纯净稳定的供电，输出规格为 3.3V/800mA，输入输出压差仅 1V，线性调整率最高 0.2%，负载调整率最高 0.4%，输出精度高、稳定性强，具备低噪声、高热稳定性的特点，内置限流与过热保护机制，使用时需配置不小于 10μF 的输出电容以保证环路稳定，采用 SOT‑223 贴片封装，体积小巧，适合便携式电源产品。

项目设计思路

第一步：Type‑C PD 适配器供电，若不连接R5，CH224K 没有工作，但只要 CC 引脚接了 5.1kΩ 下拉，适配器识别到设备，第一步就输出 5V，这是安全默认电压。
第二步：PD 协议诱骗模块 CH224K 通过要 CC1、CC2、VBUS、GND完成 PD 握手，自动协商并锁定目标电压12V（更改R2决定请求电压），为后级提供稳定高压输入。
第三步：DC‑DC 高效降压模块 XL2012E1 将高压输入高效降压，输出稳定 5V。
第四步：LDO 线性稳压模块 LT1117CST‑3.3 将 5V 进一步稳压，输出低噪声、高精度 3.3V，专供 MCU 与数字芯片。
第五步：保护与整流模块 B540C‑13‑F 肖特基二极管负责续流、整流、防反接、防倒灌，提升系统可靠性。
第六步：多路输出模块最终提供 12V、5V、3.3V 三路独立输出，支持嵌入式系统一站式供电。

PCB设计与选型难点

1.打板后发现PCB背面的丝印与typec封装通孔干涉重叠，导致丝印显示不全，在原文件中进行右移，避免干涉导致的显示不全。

2.GND的1*7pin排针，打板后发现封装为2.00mm间距，与下面的2.54mm不构成统一性，在原文件中修改

3.焊接后PCB要使用洗板水刷去焊接留下的脏污，保证美观

4.本次设计的PCB尺寸为5mm*2.46mm，背面空域面较多，方便手工电烙铁更换R2电阻值，以满足请求不同电压值，若为了极致性，可以再缩小一半体积。

5.本次诱骗电压9V-28V，为防止浪涌电压，留有充足的安全裕量，因此DCDC降压芯片的选型输入电压为8V-40V

功能性验证

因选择的DCDC模块XL2012输入电压范围在8-40V，只需通过更换 PCB 背面的 R2 电阻（下表），即可将板上默认 12V 的请求电压调整为目标输出电压，让选型与二次开发更加灵活便捷。

调整R2，使用示波器测量输出电压

心得体会

从 “便携多电压供电” 的核心需求出发，拆解为输入、转换、输出、指示等模块，逐步实现功能，避免了设计的盲目性，学会了从系统层面规划电路。通过 PD 诱骗电路的设计，深入理解了 Type-C PD/QC 快充协议的握手流程、CC 引脚的作用、电压协商机制，掌握了快充诱骗芯片的选型和电路设计要点。在 Type-C 接口设计中，注意到 CC 引脚电阻匹配、PCB布局等细节；在电源电路中，优化了滤波电容的布局，降低了输出纹波，提升了电源稳定性，同时掌握了电感、电容、二极管等关键器件的选型方法。。

实践了 Buck 降压（DC-DC）和 LDO 线性稳压两种电源拓扑，明确了两者的适用场景：

LDO线性稳压源

优点：功率管是一直导通的。故没有“开关”。输出的纹波电压小，对噪声的抑制能力强，EMI辐射小，且LDO不需要功率电感，电路器件较少，布板面积更小，便于小型化

缺点：效率低（效率=输出电压/输入电压。一般小于80%)，输出电流容量小（一般不超过5A,否则因效率问题发热严重》，LDO只能降压

DC-DC开关电源

优点：效率较高，一般能到90%，可以实现高电压（例如反激开关电源输入耐压可以达200V以上)或者大电流（例如FPGA的核电供电可达20-40A容量就是用DC-DC开关电源），可以做BO0ST升压

缺点：内部功率管在高顿（百KHz-2.2MHz左右）开关，故输出纹被电压较大，EM辐射较大；必须外接电感，整体电路面积较大，且电感厚度较大。