本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-19 18:03 编辑 - \! H5 ?+ {4 L" m* S
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本文介绍了基于CR6900A的45W PD充电器解决方案。
0 E0 G3 W: `" |, ?: }, v% a# F: x p' s) w/ |: S; e* e
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!# W6 z* f3 Y% w% U' `3 T, v
E( o0 H k K% H6 l, b( V
01、样机介绍
& O3 t% N/ \4 c8 O4 n$ D5 D0 a
( c* t! @5 h7 m& R( ^- q! V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。
) D9 f$ l/ r7 n0 `: f
* G* B5 e- f. O" v
. R8 Z* K4 e/ O5 J+ J7 T2 n
CR6900A_45WPD 工程样机示意图
G x' {' i" SCR6900A& z6 K6 i1 P3 x; h8 {% I
Z( d2 l7 v: J! ?
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。+ Z( w3 ]2 J! L# }
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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。 a+ o* e1 @- Q, O$ F: p' U
" ~. U6 \9 R- D3 l0 p0 a9 d, ^+ V主要特点6 o7 ^ n# @; r5 R1 V) C7 U
● 较低的启动电流7 e3 q8 h. C& n6 s9 W" S' ?
● 内置软启动减少MOSFET应力* y! d5 l: U( I
● CCM+QR+CRM控制模式7 Y. N k) M* L6 G+ A
● 内建同步斜坡补偿,消除次谐波震荡
! B# x: X$ H# W3 y8 F8 X" V) x; Q● 内建频率抖动功能,降低EMI
; }, I# i- r' }! W: O+ E- K4 ~( a● 内置65kHz和45kHz开关频率5 h( T8 ~: l& @9 `
● 内置125kHz倍频工作模式3 n8 g* L: j8 w$ T& w
● 轻载降低工作频率) f3 ]; ^/ n* S! |" r# ~, x
● 可编程外置过温保护
k. t' Y! }- `* r8 e8 R6 b" Z● 最大输出电流限制
5 d, |1 [- p: {6 C1 X● 自适应环路控制8 j% @ M! |5 [4 l( B
● VDD过压保护和输出过压保护功能# y. B' U% K) {. n
● 内置前沿消隐电路' s" U/ O+ G; k2 T. z
● 内置输出二极管短路保护
* b' L, h0 k2 J$ O9 M4 c: q+ ]● 内置过温保护- j+ |# P- [# j9 k
● 过载保护
# | ^+ K2 c, u" ?6 P● SOT23-6L封装
' p' M, I. v$ {" w! ^! E; }
$ a+ c' S4 @* t8 q! p基本应用4 w/ I& s0 u3 q+ a4 M
● PD电源
7 @- `; |% p) O. s% [' R* r/ Z2 t9 [
典型应用! y2 a6 J( v$ I) L# [. D. o6 E
/ O6 _5 H2 h6 M, x C6 t/ B
; R" Z2 ]- L' ?* O- p, [4 U管脚排列
# _" u0 l! R' B7 F" B
. {, r4 }2 c. \% g管脚描述" S! P" l2 m7 i1 L2 ]" ?
" Y4 e0 o" p0 _* k/ x, N0 w
: O0 Z9 `+ G% T, r+ ~5 Q5 ]
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。, a( ?( D! g8 Y5 a( @) B" `
7 j3 f8 K( S, ]4 L8 c4 }
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。
8 Y( T/ @9 X7 ~+ {2 s
% j! z8 H, [2 ]' F1 g$ g4 S02、样机特性6 x! v5 A% E2 m% r* b7 O
) S% _# S Q3 ^( v$ C& E9 h. }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 `/ V0 a! V4 N( ^; O/ o9 r3 M# ^: _9 t, A1 H
2.1、输入特性:
( j6 X( Z* i' a4 T% _+ a& j# o& [9 p! m: ]) j7 I
2.2、输出特性:8 S' I; ?: `+ \: Y) h5 }/ _
+ S. P( } S! k& A
2.3、整机参数:" t, N" L" S5 x9 a7 q$ K
" r* S v; A4 d' V" Z
2.4、保护功能测试:
' Q4 C c- F/ Z7 [$ x- T
* G! `/ ^- C* o# T2 N; D, W2.5、工作环境:
+ {1 R& U: c, a, p4 I
' y, f! M( C# [" o2.6、测试仪器
: I/ }8 G C$ }+ E4 ~( q6 [3 l2 I
03、样机结构信息
( A" q7 H6 o/ _" A! ~$ u3 G6 R3 u3 [* R( f* A2 e1 x& w+ `* 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。( h) N6 x& w: a" c, l5 r/ \
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3.1、电路原理图及PCB 版图:
- i* F5 a( C- {1 y8 a, q(1)原理图:
* [3 t2 f# N) _, K' n5 x9 Y7 n' M8 a! y6 p7 P- D: v/ [
(2)PCB 版图:
& d' T* s3 f! ~: s- Z$ E" C! d9 ~! J
$ w8 c; s. C- e6 G' c9 n
, x! u9 `" L! D `
; G% |. a/ R8 X* a( R5 V
9 C6 w+ T6 G% @% l `5 W7 T
( ]% d$ h$ z; d( X4 Y0 ~5 Z6 f8 @3.2、变压器绕制工艺:
, Q# X; F0 ~9 s s; \(1)变压器电性及结构示意图: T) M" L. E& h4 p& }
+ N& N5 v( e: z0 O- [5 ]5 S( ?" a0 `( y' h2 O
(2)规格参数:9 W0 G5 G$ G/ U( u5 W9 y! I
1)骨架:RM8 立式(12PIN),Ae=64mm²;
! i1 a) A& h, o" l6 N2)材质:TDK PC40 或同等材质;
& \3 K& s& e' P2 N6 B! M3 f3)初级、反馈: 2UEW 漆包线;7 _# B. M, W7 E% w g& }! V
4)次级: 三层绝缘线;
4 }, y8 p, p5 ^3 i/ F5)绝缘胶带:3M1298 或同等材质;3 \" T/ p+ l" B6 ]0 o; K
6)初级绕组感量Lp:0.56mH±5%(测试条件:0.25V,1kHz);/ K% S2 n' }2 o5 K% ?7 w2 i- j T
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);
3 C# O! \! m3 j7 O8)耐压测试= 3KV 5mA 1Min;
1 V1 E% Y7 X* c; k# e3 d9)成品要求:浸凡立水。! t- w; f" | s/ P) S
1 Y' m3 ~3 V9 [/ Q(3)、变压器参数:
$ j6 o/ b$ o ~& D' W
" @. A4 M6 ~. T) T2 B8 B
( D1 R# ]% L: M9 J" M4 @3.3、元器件清单:5 H, i5 P1 \ m+ K/ T) L! _% U( C
0 o. T5 Q) i, g% I+ P9 u5 o
' I' g$ z% n) ]% @) v1 I04、性能测评4 }7 T7 k4 i: N, i- z
: _0 ~9 c: s: N+ T9 n
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。
; ^$ u3 t$ B9 _' n7 L/ {7 V& z. B' J4 s3 ]
4.1、输入特性:
# P' x4 Z3 s) A0 l( V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。
8 ^7 z8 _ z& T# k) F. ?/ \
5 L0 U( J- W, o/ ^- `& x表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)7 f8 i; E* n3 X/ D
5 o6 M( P6 {. p$ I
3 t$ `$ Z/ ?) T表2、输出PCB 板端测试100%载下的输入特性6 q2 m$ c" Y& \0 M& r
8 M$ M% {. r3 R1 h* M表3、输出板端测试的效率特性:2 [& L- g" M: t) o1 v
4 N$ i, ?1 f) E. h1 c/ ^7 d4.2、输出特性:, f" j' y& e# W& L- j
注:以下数据均为板端测试; i1 R1 @/ b5 W* t1 d5 c% n+ A
' L P- R3 J$ R% V" |" b
4.2.1 线性调整率和负载调整率:
4 s, v8 e) L5 e8 a" V4 _- ~( g& s& A0 ~: i/ S! H/ ^; f
表4、线性调整率和负载调整率1 D; ]6 Z. n! j: h# K! N
, s/ [* U! z* p; h
& U1 f: R2 e' X9 b, r9 ?
4.2.2、输出电压纹波及噪音:- I4 P, ], t, ]6 y- A! [* X
- ^8 Z( ^ K% m# N4 {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。' k/ T/ }% l7 k# R% `
- ~/ x. ~3 N$ |* e% \5 V$ f表5、电压纹波测试
- g0 c9 o6 ~% T3 u8 r/ D3 S8 D
' [ j% [! Z$ Y# Y) J" R8 b2 p/ {" \8 \8 H1 y
纹波噪声波形图:0 s7 ?3 Q/ s: I* K- w' G, \; V
0 A/ t' B; [6 i1 ]) JFig1:R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load $ k0 T. W6 a: x- {3 M& N6 x
Fig2:R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load
. ^) [5 d; p# x4 Z) B2 d& gFig3:R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load 5 D# O+ ~0 l7 Q1 m( b
Fig4:R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load
: a; C( r* j# m$ ~' p0 ]" ?Fig5:R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load
0 p. U y2 M4 E; x9 ^Fig6:R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load
* _: T" [# P; L
Fig7:R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load 2 T7 Q% E3 {2 F3 D: c( R. s- D
Fig8:R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load
+ M1 s& ]$ s! v
Fig9:R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load T- ?( C7 ^, s0 `8 X
Fig10:R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load
3 M& ~+ Y) L' t9 b: F* T
Fig11:R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load - |, U4 B* w" D
Fig12:R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load : s( f9 P K7 R0 j8 Y, {
Fig13:R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load
; Q( y6 k# a0 M* a( u, Q9 Q
Fig14:R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load
& b) B, H6 |3 x( Q6 W
Fig15:R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load
+ c- E, H6 _ e% c- O& W
Fig16:R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load . m' W, |( Y2 N( e; u& P
Fig17:R&N@ AC90V/60Hz,20V2.25A no load ! O7 e. {5 q# G6 L1 y: }" b9 S
Fig18:R&N@AC90V/60Hz,20V2.25A 100%load # b1 R$ P, s& N, i- R
Fig19:R&N@ AC264V/50Hz,20V2.25Ano load
4 `: O' i# e. C$ g4 Y. Q H
Fig20:R&N@AC264V/50Hz,20V2.25A100%load
! N6 K2 G' w; t# I7 i4.3、保护功能:
0 ~, [+ i& N. F3 ]: ?0 |5 t z) c3 R8 p( O$ n5 D: n$ a! Q
以下测试过流保护、短路保护功能。 T1 K" n5 J8 w% F. z1 L
1 q8 u% d. O0 p$ m- ^* X" P# R4.3.1、过流保护:
9 m5 E5 _: A- ~2 r; ]7 Y
! {8 z9 K; B0 |' g, K% F1 O4.3.2 短路保护:功率计限流电流为2.5A
% B9 r, m9 a V# m) h( Q8 t. k3 e4 a4.4、动态测试:, B, l1 ~1 o% w9 v8 P/ Y7 ~ B, t+ 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。
$ Y' S7 {4 J6 G. h
" q# n5 g0 V- D' \
9 o: x" v. z. }& ]" iFig21:AC90V/60Hz,5V3A
/ C S9 Q! B: [6 z% q
7 g8 q8 ~% t8 ]9 s/ @, O* z/ a6 yFig22:AC264V/60Hz,5V3A
8 n' J/ {! b" f9 B9 E" K+ v/ GFig23:AC90V/60Hz,9V3A 1 _$ F* A' d8 J% ?5 W1 b% K" E8 \6 u
Fig24:AC264V/50Hz,9V3A
D9 `# @: n, ?' }Fig25:AC90V/60Hz,12V3A . _, C6 ?% P( O; w
Fig26:AC264V/50Hz,12V3A
; D @, C# r8 U: a, fFig27:AC90V/60Hz,15V3A
7 W: e2 W' B, O, z& ?Fig28:AC264V/50Hz,15V3A
; b! W" l4 {, PFig29:AC90V/60Hz,20V2.25A
; G" V" T; Z3 a+ M- i- AFig30:AC264V/50Hz,20V2.25A 7 y# f7 o! J$ s0 { |2 l
4.5、系统延时时间测试- y( N5 H3 I8 O5 I& C9 w9 M6 e
3 W# ?! U- G, W1 v3 ]+ x1 {
注:AC 端(绿色)、VO 输出端(蓝色)波形图。+ ]! I) Y7 W4 ?, t3 e
) M6 p9 m+ k. b$ g
) f$ q% |1 }% v) ?$ s5 tTON_DELAY @ AC100V,100% Load
% C5 V% L& x3 ]/ d2 yTON_DELAY @ AC240V,100% Load
( B* h- Y6 V% o( c) I+ |TON_DELAY @ AC100V,100% Load $ X' }9 B0 O) Q3 A. }
TON_DELAY @ AC240V,100% Load
+ Q& \9 l, K% j: k* g5 [VOVER_SHORT @ AC100V,No Load ' t t6 S b4 c0 e; A& C/ s
VOVER_SHORT @ AC240V,No Load & O/ V3 I) \, B! [& B
" v4 U/ z' d' I8 E5 i& B05、其它重要波形测试
2 i( U! \8 A/ F+ S
4 R. U, x3 e) ?% @& W6 p @DRAIN(绿)端、CS(蓝色)端波形图:
3 m! j7 F5 N7 n5 V# v2 G
1 W+ u& W* |# o5 lAC90/60Hz,20V2.25A 100% Load
& z$ z/ s; r. e& a' yAC115/60Hz,20V2.25A 100% load
5 e+ Y* {' v, N4 E# x: H! OAC230/50Hz,20V2.25A 100% load 3 {5 O& N+ z( b6 a. b0 L
AC264/50Hz,20V2.25A 100% load k! n( x/ M6 d: }8 K$ R
AC115/60Hz,20V2.25A 100% load 输出Vds
& z5 \6 f k$ s9 [7 GAC264/50Hz,20V2.25A 100% load 输出Vds
2 i% f8 r# y7 y- Z0 d7 g" e. X- N- S. {, ~! ?) k# \
06、EMI 评估测试
3 v# a# F! W" e; \, i; W1 [( Q+ Q, v6 a; {2 @% D
6.1、测试条件:
: D+ K4 Z5 x, T# r8 A输入:230VAC50Hz;
3 K& I- [) d9 L# k, z0 r输出:20V2.25A;3 @+ K9 J- l8 I! F% a
负载类型:电阻,限值标准参考:EN55013、EN55022B
; J: |1 \0 L) z# a6 r; J传导L 线测试PK+AV 2 L$ F J) ^* I: w1 K* Y% V) y
传导N 线测试PK+AV
5 v/ V7 k- H/ I辐射测试PK+AV
1 b$ I. K; }* |" P2 \0 K
& y- o" {$ i+ E; b: t. j, J6 R6.2 & S+ h: G/ s5 N& P: Y& _" {; [
输入:110VAC50Hz;
1 p5 T! C( N: V9 m输出:20V2.25A;
7 n. A: o! J% g6 X负载类型:电阻输出低接大地,限值标准参考:EN55013、EN55022B
# b# }( U7 `' `- `. Y J& Z9 o+ c4 E
传导L 线测试PK+AV ! c+ S- N2 `; k4 g. Y$ |" l1 Y
传导N 线测试PK+AV 6 f+ s, K7 ~1 l6 A8 r6 [' d
辐射测试PK+AV
1 i& c3 ~+ B. p8 o9 d& ` |