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

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( @9 |5 O& d  @+ U; m3 X/ o本文介绍了基于CR6900A的45W PD充电器解决方案。
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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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3 {" t3 m, g7 X01、样机介绍

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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CR6900A_45WPD 工程样机示意图

- u4 c5 P* d1 ~& E" u# tCR6900A
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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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% g% ^$ Z( @) {& C/ |2 E3 c主要特点
● 较低的启动电流
● 内置软启动减少MOSFET应力
' A0 T+ X# m1 A2 e● CCM+QR+CRM控制模式
● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
● 内建频率抖动功能，降低EMI
, g- E; H( p0 _4 x  |) O& E5 x, G● 内置65kHz和45kHz开关频率
● 内置125kHz倍频工作模式
  K6 _/ l' [2 E# D● 轻载降低工作频率
3 q/ Q; l5 N6 m& n5 G8 ^  [● 可编程外置过温保护
  ?( y1 ?* d6 [' q: V' d● 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
. q: z; d4 K! Q● 内置前沿消隐电路
● 内置输出二极管短路保护
● 内置过温保护
! Q, `) `9 Y$ ], I5 s- W● 过载保护
  E( G( h6 _% }4 T2 C4 B3 I● SOT23-6L封装
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9 v! n/ n7 \& ?) ^基本应用
● PD电源
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典型应用

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管脚排列
5 n2 ~" |) D" P

管脚描述
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% F. L1 D; P3 |  D

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。
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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
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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：
2 q- I2 o: K; c/ U  }5 ~. W

2.2、输出特性：

2.3、整机参数：
. o; U! }/ I/ V5 O

8 u% k" G2 X6 N- j) d2.4、保护功能测试：
2 T& b1 M+ C+ B; E* a; x! h7 ?

2.5、工作环境：

" n, T+ E2 d2 h( k3 |9 B5 l3 ?. o1 n* b2.6、测试仪器
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03、样机结构信息
1 s  I! @$ o6 f& F5 ~) S
! X5 Y" e( S9 N. U, P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。

' `5 S- v: x6 ^) H3 ^3.1、电路原理图及PCB 版图：
（1）原理图：
! |. u5 r# l) d. u% S+ t1 K) q" ^$ E

（2）PCB 版图：

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' O/ m7 B/ u2 _* D: T: K# j

, }$ k' F" u+ @8 F* }$ c

2 L0 s" i7 E' G, P- ^# E+ j
3 x- j+ `8 Z  T3 K; w) U) I3.2、变压器绕制工艺：
（1）变压器电性及结构示意图：
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# Q5 B3 d1 m! Z  u) A/ b# `（2）规格参数：
1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
( J; h8 Z9 g! C) `! I1 o0 a2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；
. j. m! A, o* }  j0 L) M4）次级: 三层绝缘线；
: d  f+ H" G  _5 c5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质；
0 r5 M3 F. V) ]) N+ P* I* d- h$ U6）初级绕组感量Lp：0.56mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；
; i7 y; J# S; S6 |  y7）漏感量LLK：要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件：0.25V，10kHz）；
4 R6 I8 }% t# F/ f$ u8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；
7 P- n. x5 X/ t; s7 k+ A! B5 `8 p9）成品要求:浸凡立水。
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(3)、变压器参数：

* K3 m6 z+ q! q" B' K; L3.3、元器件清单：
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  y( X4 C) S) Z3 d1 y

* G. b7 }" I+ }! C' r# |04、性能测评

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。

4.1、输入特性：
  ^1 T5 b: |9 ]. \( ]  W3 m1 P6 L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。

表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)
7 O. ?! _. ?6 E- w  X( S

3 t  x0 o2 U: h6 ^表2、输出PCB 板端测试100%载下的输入特性

3 ^/ T) ?! r: y/ q( R" C表3、输出板端测试的效率特性:

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：
7 t" W# _# j% P1 B
; b; j4 B1 ~$ d' x表4、线性调整率和负载调整率
% R6 m8 _- Q) c, o, W
5 w' n& @8 s1 V/ q

4.2.2、输出电压纹波及噪音：

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。
$ B& R# G" s3 r! N1 q+ I
表5、电压纹波测试

纹波噪声波形图：

2 o" y% D6 \( _- V' v

Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load

Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load

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Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load

& P) M, W. W. Y6 T5 P) M# U- b( |7 L

Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load

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Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load

Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load

Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load

3 V& [1 z# {0 X

Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load

% Y* Y, ~& t* r* X  w$ s

Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load

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Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load

0 w6 o- k2 y2 P' a8 a# k1 x

Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

( q- l" ~. r# ]+ h& `" r! V

Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load

Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load

8 L/ ?7 z/ G5 J1 \; S- t

Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load

Fig16：R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load

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

* K/ K& q- W% y2 z

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

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

3 u! s7 v# I- q) u' e7 s6 e

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

4.3、保护功能：
  B# p( N& b/ w; i
7 b' E, V8 T  v6 O) v以下测试过流保护、短路保护功能。

$ ~* o' P! l2 O* B# O) H  b, j4.3.1、过流保护：

$ m, _8 @  ?/ O3 Y$ K  R) y4.3.2 短路保护：功率计限流电流为2.5A

, D# x' V! o6 z" M9 r! ^7 Z6 Y, g4.4、动态测试：
7 v2 h  Q+ [$ `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。

, q% h! v8 Y  O& H4 T

- O# W. X* C1 F( H9 T

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

1 r: I0 p4 T$ c" ^3 n

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

  v- h! s' D# ~) F7 }% z

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

" x' ]' o7 p9 K  V

Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A

4.5、系统延时时间测试
: ^  k/ N4 e% g. ], [0 S
& N3 R3 ^/ U$ z- T注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。

% M/ P8 H4 o9 v6 f

9 J. a6 E9 ^: @4 o9 z+ E7 V$ T

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

- N; z$ c- h5 R

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

  M; p2 [2 `+ ]0 M* Q

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

, |' d) D: y$ Y

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

5 n' z* e6 z" V" V2 w: p, N4 R7 q

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

4 E2 V  w. ~6 ]. h, A2 U+ U

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

) ]: Y' [; P& f' t/ |2 K& ~. E' G
05、其它重要波形测试
% @# S- B, [7 m- C
DRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：
1 k, ]7 I% W$ K& D
; e. [; ]# p* L6 f. l0 W4 u) I( S$ |

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

. \# I1 c0 H# N5 Q' J

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

& w7 ~" T. W2 F6 @/ D0 S
  j# w! v# r- g; i8 @# ]! r  [06、EMI 评估测试

/ M9 x$ q! V8 m2 g6.1、测试条件：
% u% Q# J; a  \% D输入：230VAC50Hz；
输出：20V2.25A；
负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B
( D% R8 {% T9 B# Y; ?4 G3 d

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV

% O2 m! `$ |: |( S
. G& y/ ]1 R4 v* |& m4 _0 y, M  c6.2
输入：110VAC50Hz；
$ C5 D/ [' h6 }5 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
: V/ q- W% o' r
7 p5 n1 F4 ?+ c0 _1 u  C

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

/ x# l9 K) k) E% B6 |9 D) @, K. E

辐射测试PK+AV

  F# _, B6 S7 k1 X5 C9 W