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

1 M. O( [( D/ u' u2 g/ j9 I
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！
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0 M+ i7 m3 F% l$ P01、样机介绍
6 A! M* Z6 o$ G0 m2 d
% b" v. G- W* ^3 k1 {9 r7 b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。
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& N' d: u% C# D5 i! c3 B% Y5 G

1 H# ]/ Z8 U  c1 @# N4 z

CR6900A_45WPD 工程样机示意图

: l' J( u' G/ e( N; R$ QCR6900A
1 ]+ e- h5 a$ F9 ^2 U% J" \
( N. U; ^# H0 p9 k' ~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。
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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。
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4 m- x$ O0 F( m2 m主要特点
2 s: E( T6 _; j# P● 较低的启动电流
% c8 w5 t" _5 c$ `+ V2 U● 内置软启动减少MOSFET应力
● CCM+QR+CRM控制模式
/ c; D" }! n7 d' W( F; q# J( w● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
: ?# x' `) b& ~5 `* a# D● 内建频率抖动功能，降低EMI
● 内置65kHz和45kHz开关频率
● 内置125kHz倍频工作模式
● 轻载降低工作频率
' Q' f  ^. J6 ^0 J  |● 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
● 内置前沿消隐电路
● 内置输出二极管短路保护
8 q0 o) q/ m* c, v● 内置过温保护
● 过载保护
● SOT23-6L封装

基本应用
" E. E1 {. R9 k  H8 t& l9 O! u● PD电源
" u5 }* q1 R+ @+ g. w  j% v  j
典型应用

8 z+ T6 `4 `$ f0 H0 v1 d2 n, \

管脚排列

" j/ E' L# D& m4 q; O4 D管脚描述

6 }6 I2 ]1 T. \: U! C/ E' F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。
" G3 E1 x7 }2 b2 o4 _
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。
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02、样机特性

8 b3 u& C; A3 }; G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。
4 q6 w- {5 E( P8 H6 G2 O
4 O3 S* V6 n, a' t% C2.1、输入特性：
5 [; X; J- c, e. s, C( {

, d  A9 }2 v9 n; J$ A' l: A) o: G0 h1 \2.2、输出特性：

2.3、整机参数：

9 ~( x4 L9 X0 M+ h  V4 b  h( f2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
( Y- D8 g& @# s- C% n

+ v& f& n* C* A7 j6 r, A2.6、测试仪器
+ W- D2 @; P- k* B7 G4 o

03、样机结构信息

) Z; T& t- g3 h, P( I* U& c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。

8 G& a7 j. b- _4 |0 `3.1、电路原理图及PCB 版图：
（1）原理图：
( b' D5 r* S+ Z; E

3 a% j9 n2 a1 {（2）PCB 版图：
/ y0 f/ z. M- Y. t. q5 R  f$ Z

" U9 x. S& h+ {

- b, S! Y) W: z/ t; N+ U3 y

  V2 l9 _- {% P) s* P2 V, X& K3.2、变压器绕制工艺：
（1）变压器电性及结构示意图：

& Y4 Z  {7 Q9 k- H- o$ Y. b! H

) V5 [2 ~2 F1 |9 e9 L# R( R# y0 G# m（2）规格参数：
1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
5 N% d/ }8 J( @# Q* B4 H* v3）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；
( s& e8 e$ i/ Z4 F% S6）初级绕组感量Lp：0.56mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；
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）；
! d* S0 B3 K2 ^7 ?8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水。
# v, n, q1 r. U" ]7 Q
, R  U+ V+ E% v) d) G2 h+ M(3)、变压器参数：

4 k' U- H6 l- k' s$ C$ I: [/ c

3.3、元器件清单：

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04、性能测评
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5 M$ d+ Z& A+ G. e3 P( l* c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。
9 R; S- \  ?* v5 f
& R5 K2 A9 I/ _3 O3 l; [4.1、输入特性：
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。
; Z# @2 m$ @+ Y1 F  @  A  A
表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)

, p: C  E6 n% ]% u7 n
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:
- u  S7 Z# L( ~3 \& o

1 o% B, u; `# y) ^$ ?. |4.2、输出特性：
* W$ Z  _4 _% R8 o+ C注：以下数据均为板端测试；
+ M' v5 _; {5 J! r
& D; f* y* Q9 b4 f4.2.1 线性调整率和负载调整率：

表4、线性调整率和负载调整率
6 X3 _! c6 n6 e9 w5 y

4.2.2、输出电压纹波及噪音：
9 o1 K$ Q& `( }1 R5 ]- a$ w! U
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。

6 L: o, s* w  t6 O9 t' R表5、电压纹波测试
8 F* b+ j3 k" H+ E

纹波噪声波形图：
0 t# }3 [, K5 \' S

Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load

Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load

* T7 y0 U4 t- i

Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load

Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load

Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load

Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load

Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load

# D/ ?6 ^  d7 I+ a  |% w# |% H

Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load

Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load

5 k3 U) r! m+ S' F% l1 |9 u

Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load

Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

: v) y1 b% P% }, T( C( n, |

Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load

- P- d1 n2 }& J4 z( K& h$ p3 ]8 K

Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load

Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load

8 h$ Z0 g; _# w- [: k8 V  l1 B. e6 _4 x

Fig16：R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load

5 L5 L5 Z* o* \

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

8 {: o$ k; Y, a, [/ Q. p! c

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

( p3 {; }; X& B

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

* B9 e( p3 d/ Y

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

4.3、保护功能：

/ {+ K0 Y1 W% v) P以下测试过流保护、短路保护功能。
4 e# A( n( ]1 a
* O1 p& C1 _5 j" h  ]9 s4.3.1、过流保护：

4.3.2 短路保护：功率计限流电流为2.5A

4.4、动态测试：
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。

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

% }3 A" f- a- k6 p. I, S+ g

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

  h- b' q: o7 e6 v0 p

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

. _& F% u- d( r/ U

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

. c* S$ i- g+ @2 J! d: o3 O  |

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

; }& U) r6 a  f6 c

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

7 @/ y  L: F6 a% M4 R

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A

# M5 I5 B: U" P1 \8 m( z4.5、系统延时时间测试
- ]% X* W+ }( P0 P
. O3 n$ m: J- ~& c7 S" s注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。

% L" Z" v! h5 k- B' |" o! k3 e) T5 i

$ |5 c- O7 W$ Z. l6 {9 |

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

; H. b4 c  T: X# f( C1 A. {+ v

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

# O+ v2 m% N( x& _* b

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

! c* B: R* O. L% J& A  I) U7 s- d
# F$ C' \/ w" [) o4 j05、其它重要波形测试

DRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：

( s2 B' b( E. S- N

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

; y/ X2 R. q" h& L- A# E: V

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

- n6 Y0 Y3 N& z" u+ E3 W

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

4 s) Q8 g6 I* Y$ O7 E* J, s6 K9 }/ }
06、EMI 评估测试

6.1、测试条件：
! C; m- [$ I* m5 ]1 b5 K输入：230VAC50Hz；
9 W9 w% y9 f7 ?" |) V  H) n输出：20V2.25A；
! L6 c7 i. V6 Q4 T: ?9 n9 j负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B
& F0 Z2 ^% b6 N3 ?% f3 \2 O

传导L 线测试PK+AV

8 r% m2 }3 Q) q3 P6 @

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV

9 f8 b- T" a& V3 b3 Z  f
  ~6 r5 X* c1 h; Z& w! C# Z9 X- q0 b6.2
输入：110VAC50Hz；
1 u  o/ R8 h5 r5 P) J- F' a3 \3 P5 H输出：20V2.25A；
负载类型：电阻输出低接大地，限值标准参考：EN55013、EN55022B
' o+ t0 g1 U: d) R( j( U2 B
9 C' N2 }8 }9 c& D! e7 r

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV