低功耗，多模式控制，绿色节能！这个PD充电器方案不简单

思睿达小妹妹

( B7 \2 F! D4 y9 N" w1 }" v. b
4 J. i! X/ ~+ O& p. B- d4 z& x本文介绍了基于CR6900A的45W PD充电器解决方案。

该方案在5V输出时AC264V 输入待机功耗<75mW，115VAC/60HZ, 230VAC/50HZ 输入时的平均效率能够满足“能源之星V2.0 VI 级能效”和欧洲COCT2 标准；具有“OCP、OTP、VDD_OVP、UVLO ”等多种保护功能......当然还不止这些呢，一起来看看吧！
2 a! }1 L' J4 |4 ]8 r. ~( h9 o
01、样机介绍
9 j5 W) |) }7 }$ e2 Y( f* [, ?  Q% J
该测试报告是基于一个能适用于宽输入电压范围，输出功率45W PD 方案，输出5V3A;9V3A;12V3A;15V3A;20V2.25A 的工程样机，控制IC采用了CR6900A。

, S+ s6 R: e4 E4 s+ t" h4 }, C/ {

- `2 @- v& o% ~5 Y3 K

CR6900A_45WPD 工程样机示意图

CR6900A

CR6900A是一款高集成、高性能电流型PWM 控制器，具有低功耗、宽VDD工作电压特点，适合应用于输出范围宽的PD充电器方案。该控制电路在整个负载范围内都有着比较高的转换效率。芯片内部频率优化实现了优异的EMI效果，限制最小工作频率为22kHz，避免工作时产生噪声。

CR6900A提供了非常完整的保护功能，包括逐周期过流保护(OCP)，过载保护（OLP），外部过温保护以及内部过温保护，输出短路保护（SCP），输出二极管短路保护，输出过压保护和VDD过压保护等。
% p4 H+ d9 [: H4 L: Q4 l
主要特点
● 较低的启动电流
& h8 P0 @8 G% W7 n7 P9 j● 内置软启动减少MOSFET应力
: b: z9 K3 j3 B4 |( Z* e● CCM+QR+CRM控制模式
+ `3 g! \" A. B& _/ h! @, \● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
; @  S% q/ m* M! H● 内建频率抖动功能，降低EMI
- n  i* Z$ r5 }# U# ~+ u/ u● 内置65kHz和45kHz开关频率
● 内置125kHz倍频工作模式
" H" m3 ?2 `% @9 M● 轻载降低工作频率
$ F$ V: R) O3 U# f% B/ L● 可编程外置过温保护
● 最大输出电流限制
● 自适应环路控制
● VDD过压保护和输出过压保护功能
5 u! V* a  X; g4 l, X● 内置前沿消隐电路
6 l7 z: c" K& [0 ]8 J● 内置输出二极管短路保护
● 内置过温保护
9 O1 H; b% F( J4 Y! m. g* H4 T● 过载保护
3 v$ C9 l  n: n5 ~● SOT23-6L封装

, R+ o4 s1 Z* ^! Z基本应用
● PD电源
: H8 _6 I8 H7 D+ u) }
6 b1 y$ q- H, G典型应用
2 N" C+ K$ B. U4 H& z" K
' ^: O! o3 v& L5 r6 ~! N

管脚排列

8 K, \. p7 C) F# u, T) W管脚描述

5 L7 E% Z6 q& ?. h! t2 {' f

8 a0 T5 j, Q% O6 G$ `4 ~0 G该样机尺寸为70.6mm×40mm，在5V 输出时AC264V 输入待机功耗<75mW，115VAC/60HZ, 230VAC/50HZ 输入时的平均效率能够满足“能源之星V2.0 VI 级能效”和欧洲COCT2 标准；具有“OCP、OTP、VDD_OVP、UVLO ”等多种保护功能；软启动功能可以减少系统启动时MOSFET 的应力，前沿消隐时间简化了系统应用。通过频率抖动和软驱动电路的设计，降低开关噪声，简化了EMI 设计，CR6900A 还提供VDD 电压从8.5V 至54V 更宽的工作范围。

样机的变压器，采用了RM8磁芯（PC40材质），变压器绕制工艺部分，请见后文详细说明。
  
02、样机特性

& Z4 e" Y) y; x以下表格为工程样机的主要特性，具体测试方法在第4章节中有详细说明。

2.1、输入特性：
3 D' ]" S% w+ d& X* g/ v) M3 d# Q* p! D

2.2、输出特性：

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
& J/ K) e! E" y0 b! w% Q

2.5、工作环境：

2.6、测试仪器
: g. u3 F0 }7 {2 U; ^/ P9 Q

03、样机结构信息
+ c1 \6 C  l5 S7 `' b# p. v
2 G7 c% q! S3 k0 i本小节展示了工程样机的电路、版图结构，变压器结构及工艺。
! c* E! J# X: H( ^
/ B5 A/ h5 @! T) V: J3.1、电路原理图及PCB 版图：
+ y8 ?- T7 J% B, t, N（1）原理图：
8 N  P# A" ~& _! J0 W

（2）PCB 版图：
+ V" G& q8 W7 ^

8 |  u# w# a, b& o

6 q) |5 K0 K& [9 `) h0 p, `3.2、变压器绕制工艺：
（1）变压器电性及结构示意图：
% h  ]8 A. [* Q
. _! T, Y# D/ N. v5 J, j0 ^1 a

（2）规格参数：
1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
/ X$ L3 k. y$ }: r2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；
4）次级: 三层绝缘线；
5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质；
6）初级绕组感量Lp：0.56mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；
$ ^. W- N/ V/ j6 s) c7 E2 M6 `7）漏感量LLK：要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件：0.25V，10kHz）；
8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；
7 g2 h6 Z  C; g* F( n3 Q2 m) D, w/ Q9）成品要求:浸凡立水。
; k: }6 C; ]& u0 b+ j
2 K+ q1 a5 `; x(3)、变压器参数：

3.3、元器件清单：

" M; `" L+ K2 F- }1 i! ?" b

04、性能测评

8 Y$ e  B( U, q5 m0 s! l* r: y样机性能主要是针对工程样机的输入部分、输出部分、各种保护以及一些时序进行了测试，以下详解了测试方法及结果。从测试结果来看，以下各项测试均合格，能够满足大部分客户的要求。
8 Z/ {2 f: W1 ]# A
4.1、输入特性：
% H) t4 J7 g% H6 d8 Y$ m, }0 W* h/ v% h7 _本样机经过在不同的输入电压(从90VAC 到264VAC)和不同负载条件（空载和满载）下测试，得到待机功耗、效率及平均效率。

! y5 w* ?6 k" c  b% [表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)

; g- R* F9 A2 P, e. _' @
3 q9 c- D- z0 _/ Z8 h5 L表2、输出PCB 板端测试100%载下的输入特性

表3、输出板端测试的效率特性:
8 U: s2 @/ d5 w4 X0 _" e$ Q. ]

4.2、输出特性：
$ y/ I% B: f  q注：以下数据均为板端测试；
$ f. f5 }1 ^4 x, J
4.2.1 线性调整率和负载调整率：
6 y6 K( B0 X; @, x/ s4 v& i
表4、线性调整率和负载调整率

" A& m1 j8 l  N4.2.2、输出电压纹波及噪音：
# K; `  g/ x1 o6 a
$ H/ J/ @4 U6 G# r; G! y# K注：纹波及噪音在20AWG/1.5M 线端测得，在此线端并联10uF/50V 电解电容和0.1uF/50V CBB 电容，示波器带宽限制为20MHz。

, e* _% b( {" O, m4 n5 h表5、电压纹波测试

纹波噪声波形图：

' _& b2 {, c+ L% N- D

Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load

; n6 p3 e$ }0 Y5 ^- W1 Z; y9 y1 }

Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load

Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load

4 q0 C' R; v' q* g% [

Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load

1 X' |0 X+ y" F* I5 t

Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load

Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load

* Q9 Z0 E5 p8 l" o+ i$ W

Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load

2 s; N: ]7 O0 F! n* G  _

Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load

Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load

! Y! F" Y( y9 a

Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load

# H8 x7 r: R8 y

Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load

Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load

Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load

9 F( c3 P9 F' ^; T, c9 D% H

Fig16：R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load

! g( ^  H) Q9 N! u

Fig17：R&N@ AC90V/60Hz,20V2.25A no load

Fig18：R&N@AC90V/60Hz,20V2.25A 100%load

- z4 R3 c/ K6 ?3 ^. z8 v

Fig19：R&N@ AC264V/50Hz,20V2.25Ano load

% N  G7 T+ K8 t2 ~+ p

Fig20：R&N@AC264V/50Hz,20V2.25A100%load

% u. U; C6 j5 l2 _( D! A4.3、保护功能：

$ G- }1 G. D% _* A0 V/ s( a3 r以下测试过流保护、短路保护功能。

4.3.1、过流保护：
/ ^9 D7 U2 B, N0 E

, ?" t" L! n" K( q) e4.3.2 短路保护：功率计限流电流为2.5A

1 B, b! T2 [2 _- o5 ]) ^4.4、动态测试：
5 d7 M! F) U7 [5 Z2 a& q" o注：输出动态负载电流设置为10%持续10ms，然后为90%持续10ms 并持续循环，上升/下降设置为3A/uS。
( e5 ]' k- P; T. {5 {0 E4 r# C/ ?

9 B3 X! w! G* x

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

* b0 N2 s& g4 T6 E

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

: T8 z1 h3 x7 @0 F6 H

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

% h. ]7 P! q6 J  P& Y& A6 Y

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

3 K% Y' o  K* l0 `, m

Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A

% r4 H# E' ]' Q4.5、系统延时时间测试
- v. q+ d/ ?; L& q% L/ `2 g4 P. l
注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。

, w/ ~" P4 ^+ U2 J

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

# w$ a( x, l2 e: W8 Z5 B

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

+ J  |8 \; {. i9 g

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

' ^" g/ A9 l$ K0 {6 L4 ^2 `05、其它重要波形测试
& f5 k1 f' n$ A' V2 I4 j
' x  P3 P1 Q7 u$ C9 vDRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

: D" v4 y2 U# |9 ]2 I

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

1 V% F" t7 N+ R  l( H8 }

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

- Z6 T7 N4 \3 f8 S: D4 h4 Y$ U8 Y
1 U3 V% h" U) i, I$ L06、EMI 评估测试
: S- o8 e- ?7 z. b  h
/ o& `9 N& m* E6.1、测试条件：
输入：230VAC50Hz；
: c  g6 }! b& r# z0 ^- p输出：20V2.25A；
负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B
1 f8 _% D# |5 f# l7 G8 ~; R

传导L 线测试PK+AV

8 A1 K1 A2 N$ h' a4 b6 ^* a

传导N 线测试PK+AV

4 l! j( k2 J' W" M# m. ^

辐射测试PK+AV

* q% m9 ~6 |" j
# }5 t0 F7 u* ?9 w6.2
% V$ T! [0 D$ ]- r6 Y  u+ m输入：110VAC50Hz；
/ x7 {4 R2 {* z8 i6 b7 M% t输出：20V2.25A；
负载类型：电阻输出低接大地，限值标准参考：EN55013、EN55022B

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

4 f7 ~" V/ F( S

辐射测试PK+AV

% n5 ?* Z3 ?& O/ i. \4 Q