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

本文介绍了基于CR6900A的45W PD充电器解决方案。
3 z. ?* T% f- O, ~
1 A( M  M- ^2 [0 s6 ^2 B" v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！
6 e" F+ b5 F* M- c; A1 R: s. ~
. I9 S4 f4 S8 h01、样机介绍

# {: U" ?+ Q- T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。
# C; d0 H% a* W4 u& ~( W

4 U% a$ t4 r: n6 B% Y

CR6900A_45WPD 工程样机示意图

CR6900A
/ n5 C1 y* ^, X/ u4 x
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。
" n+ G% x& U/ D* a" |
$ R. H3 V' i0 ^$ zCR6900A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。

1 a# ?4 s! c& K主要特点
+ A( E3 H9 T, b% ?- Z$ w$ P; Y0 l( U● 较低的启动电流
● 内置软启动减少MOSFET应力
4 O/ ~& X. e; K( F9 M● CCM+QR+CRM控制模式
: {. ?( W: K* a● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
8 H1 ^" h$ a) p6 y● 内建频率抖动功能，降低EMI
● 内置65kHz和45kHz开关频率
+ A' R# D& y2 k' _0 k( x" [● 内置125kHz倍频工作模式
0 H& y& a$ n3 n) V● 轻载降低工作频率
$ h  S" V  x  c+ z4 ~7 V) r● 可编程外置过温保护
● 最大输出电流限制
● 自适应环路控制
8 z2 z, F+ r. t' [1 e0 q● VDD过压保护和输出过压保护功能
( q5 S; G9 }6 V" x● 内置前沿消隐电路
  Q. O1 B7 r- B: i6 n● 内置输出二极管短路保护
1 Y- K  R5 [4 \+ H: r8 R% T/ ]● 内置过温保护
● 过载保护
& P) u/ T7 ^5 T● SOT23-6L封装

基本应用
● PD电源

, J  |) ^3 }* k) _典型应用
  K# C  T" A7 W+ ^! H
- O1 H7 g. |3 `

) D! D8 k0 W0 K3 `* g0 V' C7 A) N管脚排列
) H) v5 c: w6 f" l" ]

管脚描述
$ [" Y  P: I0 |/ l) C# }

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。

2 n, `8 z' k9 {: ~0 w6 }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。
4 X# u! E8 K8 F! q, ?# C  
02、样机特性
9 H3 u* O0 `; Q2 F" 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。

+ ~7 e- E  ~& I2.1、输入特性：
' Z7 F2 n/ B8 a, |

9 l& [; A: H; f1 J) J  D2.2、输出特性：
4 y$ L1 C' a5 o; K4 w# {! u- ^

8 e3 P$ v& v- R& ?* Q# Q/ N  b2.3、整机参数：

  a, u9 K1 |% o9 D& F6 x2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：

2.6、测试仪器

' s/ q1 l' R( n% O03、样机结构信息
( j  C$ e$ \2 r& |' O" ^# s
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。

- n& k& W+ E4 t( l+ z3.1、电路原理图及PCB 版图：
9 b1 V1 k! f3 i' N: w& v9 F1 T（1）原理图：

（2）PCB 版图：
. U% M$ z8 t5 A8 `

5 d1 o5 U: z- B- Z  q; u2 Z. X

( ^& n& k, z+ T! L1 ]1 v$ }0 I4 ~

4 Q, r! L. S2 ^* m5 o
3.2、变压器绕制工艺：
（1）变压器电性及结构示意图：

! D2 X5 J% g" p（2）规格参数：
1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
8 j1 H8 V. w' A3 p7 e3 I2）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；
6 }  D4 z4 a$ l) Q  @2 x5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质；
8 x( O- K0 q+ @& `6）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）；
8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；
7 V+ T/ V7 ^6 F5 s9）成品要求:浸凡立水。

(3)、变压器参数：

4 l5 k# _# T) |' Y- d3.3、元器件清单：
5 ?( D+ I% `, j6 V1 e# @* \9 {

04、性能测评

) W# f: m- {8 y! X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：
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)
2 ^+ y2 m; c" P$ y2 ~

6 d8 W- Y* {! z% Z  C5 @4 K表2、输出PCB 板端测试100%载下的输入特性
) b$ m0 ^3 _: ^9 ~3 {" Q7 j) I

表3、输出板端测试的效率特性:

4.2、输出特性：
" u, W: ~" Q0 B- d注：以下数据均为板端测试；

9 l) W, S# w" \4.2.1 线性调整率和负载调整率：
* y* R8 r: _+ t, H
! r3 n! R6 q, |4 e6 K: k表4、线性调整率和负载调整率
+ u# h8 ?# ?+ Z0 g% t' Y; F9 ?

9 j+ H- s) z2 _: [4.2.2、输出电压纹波及噪音：

8 ]/ U* n8 A* t% d7 A) Z6 T9 i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。
; s5 }0 }! a1 H8 O, q" X
表5、电压纹波测试

; j! G8 |2 Z  ^5 T( N

纹波噪声波形图：

3 ^; R- i. t" K2 g  z

Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load

Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load

4 n8 F2 {4 m; o2 B9 b! }  `$ q

Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load

5 ^5 Q; C3 _4 ~& _4 Q! G" g) x

Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load

+ R/ Q# o. ~& F: ~4 g/ O* b& h3 s

Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load

Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load

Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load

( `0 l" z* i  X$ x- `9 z

Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load

Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load

6 O+ s6 r" Q9 g5 A" V2 c, m' ^

Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load

# b$ r& Y- i" z" F1 {) W5 D

Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load

9 j; n# z% J8 j. f( X; g( t2 n

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load

! K; e- V, Z$ C, Q

Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load

/ I; w7 X. E& x

Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load

8 a$ ?1 L0 p& G- t0 k

Fig16：R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load

4 v# Y$ x  E/ ^) d' Z

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

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

7 `, V4 {/ Z  p3 W- X

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

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

' |- E. U! O. }5 G1 P% H4.3、保护功能：

, A+ w( e* W) E$ b, T以下测试过流保护、短路保护功能。
/ ]  t- \" W& V
! F4 J5 F* I( \1 w+ X2 T# h  L2 _4.3.1、过流保护：

. c' t/ W4 b" d  r4.3.2 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。

3 y' g" p" J! d0 S9 V$ C4 F

' D0 A  x  ~* g- _6 ^/ k+ Z

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

" G9 ~* w. ?7 K7 _) k, \/ J

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

' V8 M; V% e4 A9 \

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

) h8 N& u2 _1 g9 H/ f" K$ F1 m

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

% Q5 N: J! b+ I) b' Q5 S1 i

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

3 `; z; W8 ^! H- D1 t% ]& _8 J& o

Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A

4.5、系统延时时间测试

注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。
+ b5 u1 X8 D+ d( \3 Q; q  h  Q6 Q
$ t& W, D4 t) w) r7 v

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

1 k$ v6 w1 q! O7 P  t- T

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

( s6 |- P5 p' ~3 Z" U

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

( V( ?! J0 \/ d* d- @# `

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

# T# o/ X, w* i( F4 J' X' U
; v! A; y2 G7 o8 T$ u; j05、其它重要波形测试

2 N& r- S' L% v4 BDRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

$ z( V5 {9 @# p5 N1 M4 E% y! }$ O: n& R

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

/ F. S6 s3 X  C0 ?

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

" c. L" B6 p. u$ q( C6 \( ?7 ?

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

) w" [  ?) `6 N: N$ g' O2 r8 U
4 ?. |, s( I2 V0 O0 S$ v06、EMI 评估测试
0 z4 @  c! R: e; O
6.1、测试条件：
4 z/ \* R) e) D$ h8 W8 b, H. O输入：230VAC50Hz；
& o. `) }3 s$ d1 G# |1 H& S. w! Z( i6 I, V输出：20V2.25A；
1 g5 D3 `1 `- P+ x3 Q负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B
% F8 i0 n6 w$ j% {! u

传导L 线测试PK+AV

( z3 N" ]9 |& i6 ]" B9 T0 v. ~

传导N 线测试PK+AV

3 N3 |; n, \8 @5 x

辐射测试PK+AV

6 e7 F2 y0 f) M% p6 i6.2
+ I1 ~5 |! P  w' f! u输入：110VAC50Hz；
输出：20V2.25A；
4 A0 N7 A$ ?2 ?- _( ?& {/ O& ?6 ?负载类型：电阻输出低接大地，限值标准参考：EN55013、EN55022B
9 Y, c/ I6 O7 O$ ^! m$ F2 G" [
+ H( t6 j; z- B7 Q5 D

传导L 线测试PK+AV

/ e; H# i' z) z- i- n

传导N 线测试PK+AV

# I( O7 R' R+ }" z

辐射测试PK+AV

. Q3 P5 T2 V- O, V  V' o