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

) s( S: P, K) x7 ]+ z9 H/ b
8 J$ X3 ?7 k1 ?8 I. K" J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！

  h& G8 E9 o( j" C( Y6 B) j01、样机介绍
* n, W6 U# c6 s: l3 ~9 Q! E: d% a
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。
7 E! i7 m1 p0 T

CR6900A_45WPD 工程样机示意图

CR6900A
+ C! D, @& z! Z/ I
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。

7 B! G( F: l; E, w/ Z. bCR6900A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。

主要特点
6 l5 J" Y" a! V8 E. M● 较低的启动电流
● 内置软启动减少MOSFET应力
● CCM+QR+CRM控制模式
( A% i, O* K8 H3 ^$ z● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
9 V: k; `- P9 i● 内建频率抖动功能，降低EMI
$ D7 j8 s6 q2 e6 d* a" ]) t● 内置65kHz和45kHz开关频率
5 _( f& E+ v# l% {+ ]- s● 内置125kHz倍频工作模式
● 轻载降低工作频率
● 可编程外置过温保护
● 最大输出电流限制
6 M4 V; M, b6 \3 u$ y9 a7 i2 i● 自适应环路控制
● VDD过压保护和输出过压保护功能
' E$ _; V& }( g4 z# U$ K● 内置前沿消隐电路
● 内置输出二极管短路保护
( o$ R) c; |; V! M" o● 内置过温保护
● 过载保护
- m% e, @8 H3 `0 D● SOT23-6L封装

0 q. T$ [% G% p基本应用
● PD电源

8 W# Z5 n1 Y6 a, @% S" P典型应用

0 f  p  d+ z+ \8 Z1 C* B' q+ }

管脚排列
4 m  q) U: L, [7 F' Y1 B4 ?

* F  [2 \) O3 H  {2 g( A  q# d管脚描述

1 ~! |, v& |; M' {" Z% {, `* n4 S

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。
1 L) O4 V0 ~2 b& @  
( u, b* d7 ^) a' C* `8 M" w6 I02、样机特性

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：

" v! h% w/ k+ U' M$ T8 d5 {2.2、输出特性：
3 u8 k% t  p9 C" K7 g

9 G: \! {: T* _7 {) N" A2.3、整机参数：
, U2 B) B( a/ A% S

1 r8 |0 @; M' l2.4、保护功能测试：
1 m  C- m( s" D/ D& d! O, _2 e! v2 D

2.5、工作环境：

" `- K% ^" z5 f  y! C2.6、测试仪器
" E6 `3 X& W- ?  p; D

03、样机结构信息

$ h, q1 h9 z9 U. r1 ^7 r' f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。
9 b. B1 i" q* z
3.1、电路原理图及PCB 版图：
（1）原理图：

" y! a- t. m9 D, H8 _' o（2）PCB 版图：

. {6 E# b" Y& Y

6 k0 G. j8 Q. T) X

3.2、变压器绕制工艺：
（1）变压器电性及结构示意图：

7 A- M( ~- o+ v6 J+ h  y

0 E* C# c! Y# g! t# }（2）规格参数：
" ^4 S' Z$ X) G# J7 |0 {, E: F1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；
% @$ H2 F" e. ?, `4）次级: 三层绝缘线；
5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质；
( c* l) B8 v& g7 A8 E; e( ?0 Q6）初级绕组感量Lp：0.56mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；
- j9 d" Z. y. C8 i7）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；
9）成品要求:浸凡立水。
0 ~. {8 {6 h$ e+ B& Q
(3)、变压器参数：

9 r. D2 o& [% |4 I  @% f- c0 m( Q( V5 {! k1 M

3 N6 N) f) W4 L3.3、元器件清单：
# E  c/ [! i# m* d* \: M1 f
7 N: P/ D9 r  F3 g" ~- J9 w

% Q. a- ~6 n& e/ w04、性能测评
6 w" o' X3 O4 N0 E, n! T7 Y, `- m
; Z2 Z& e1 F3 {5 m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。

- ]5 O' b. Z( e- e4.1、输入特性：
" H+ ^  A* b, Y' n2 V# j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。

* G& F; U; n8 g  q0 N+ i表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)
7 r) P% x! m, ^9 f

9 M  A' {; i" J* _
8 x2 J* j6 O4 v" G. v表2、输出PCB 板端测试100%载下的输入特性
4 Z. j' ^6 |5 D% q* ^/ I

. t* Y9 Q! d1 c, D表3、输出板端测试的效率特性:
, H. K1 C  b& d3 q

% ]+ c" A2 U$ ?3 n1 h0 ]4.2、输出特性：
注：以下数据均为板端测试；

4.2.1 线性调整率和负载调整率：

表4、线性调整率和负载调整率
3 G* I; ~4 W( b  Q
% Y' R% P; G  R

+ D+ {2 b& ?" ^: L4.2.2、输出电压纹波及噪音：
5 O+ ]) S) y  L, ]5 j2 t! e/ a
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。

' A" K* D8 K$ `  `表5、电压纹波测试

纹波噪声波形图：
4 x9 E9 D& @3 W$ h: Y& }  T2 b% z
8 T) k. m! K/ Z. i% e

Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load

! y8 Y8 ]& i; y1 E+ |  u

Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load

/ ]7 G5 W. t# J* J4 J, h

Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load

Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load

- x& Q. A0 U% ~6 H1 P  f4 F

Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load

% d6 I; c' b" A. u5 L6 H0 r6 b6 j

Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load

Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load

Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load

/ U/ U/ _/ ?) v! O. B: H

Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load

Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load

  N% O! W8 F. E

Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load

) R% u& _0 G3 u1 \, ^- M

Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load

2 L- ~% e2 Z& W  J7 t

Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load

. M* o0 Y  R3 @, z

Fig16：R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load

' z2 O' l% I4 W( d  f

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

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

/ A- C* D# A/ T" q

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

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

2 Q. C) t6 Y. \) p4.3、保护功能：

以下测试过流保护、短路保护功能。

4.3.1、过流保护：
) u) {) i- z: X

4.3.2 短路保护：功率计限流电流为2.5A

% l* I" U' q6 x* }: s4.4、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。

( [4 ^: E9 |3 m# C" U

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

  ~& l) b5 o0 J8 k; `7 M' I

% N: V2 H9 P! f2 h0 [

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

. a6 _7 D4 ?4 ?5 {, N

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

4 \7 Z% a' N0 Q* {

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

* D: x2 \' z# ?: D* `4 O) _

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

8 v* |7 H5 Y/ U* F% k0 k

Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A

4.5、系统延时时间测试

% h# L: \/ m. a" I6 q# l; Y注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。

$ A/ E, M7 p# T8 M

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

8 q3 T) Q7 `5 {& u) @4 o7 A  Y

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

' I6 v6 N# X7 u: m" T" y5 _: g3 J

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

% F  O: h, Y( w8 F4 @$ X2 N

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

" E( ~2 |1 z# @" M- F: Z" _05、其它重要波形测试
1 i3 X- y5 @4 w  n
" Y" |+ U3 J6 W, d3 wDRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：
1 @: k' o  r* F4 I
  V) e0 K9 K! z9 w2 _

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

$ f! S5 ~+ G9 ?, ^  ~8 d

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

! G9 R9 ~( ^  X+ u, ~5 c( J1 K% [8 Z; G

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

( [  g6 ?# m0 g. U% z

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

0 T' C+ [/ x) N- |! v) C

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

% |: H! l+ L! H- s9 o
8 R4 f' F, k- j' g, U06、EMI 评估测试
4 m) A2 r  |# S# \, |
; f# @( v" U6 B7 H+ S6 D6.1、测试条件：
输入：230VAC50Hz；
输出：20V2.25A；
8 V9 c, A  A7 X, y' E4 M5 @9 E+ F负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B
* _. o! u% \0 E2 O, Z1 B

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV

  C( ]( L! U' e/ }+ E6 P4 J6.2
输入：110VAC50Hz；
( g( w+ H: y$ M输出：20V2.25A；
负载类型：电阻输出低接大地，限值标准参考：EN55013、EN55022B

  N+ Z) L# g9 X) P% h. m( b  ]

传导L 线测试PK+AV

8 C0 r6 b3 ]$ u1 n/ m) Q2 Z

传导N 线测试PK+AV

; `2 w5 r( `0 Q4 f& v% @6 K2 i- w

辐射测试PK+AV

6 G+ S. u3 H! x, [& p2 ~# m5 W6 k