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。
0 E0 G3 W: `" |, ?: }, v% a# F
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！

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

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。

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。

" ~. U6 \9 R- D3 l0 p0 a9 d, ^+ V主要特点
● 较低的启动电流
● 内置软启动减少MOSFET应力
● CCM+QR+CRM控制模式
● 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
● 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
  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
● 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
* b' L, h0 k2 J$ O9 M4 c: q+ ]● 内置过温保护
● 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
● PD电源
7 @- `; |% p) O. s% [
典型应用

/ 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

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。
8 Y( T/ @9 X7 ~+ {2 s  
% j! z8 H, [2 ]' F1 g$ g4 S02、样机特性

) 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 r
2.1、输入特性：
( j6 X( Z* i' a4 T% _+ a& j# o

2.2、输出特性：

2.3、整机参数：

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$ }+ E

03、样机结构信息
( A" q7 H6 o/ _" A! ~$ u3 G6 R
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。

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

（2）PCB 版图：
& d' T* s3 f! ~: s

( ]% 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：

+ N& N5 v( e: z0 O- [5 ]

（2）规格参数：
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；
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；
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）；
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。

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：

0 o. T5 Q) i, g% I+ P9 u5 o

' I' g$ z% n) ]% @) v1 I04、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。
; ^$ u3 t$ B9 _' n7 L
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)

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

8 M$ M% {. r3 R1 h* M表3、输出板端测试的效率特性:

4 N$ i, ?1 f) E. h1 c/ ^7 d4.2、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：
4 s, v8 e) L5 e8 a" V4 _- ~( g& s
表4、线性调整率和负载调整率

4.2.2、输出电压纹波及噪音：

- ^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。

- ~/ 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 b

纹波噪声波形图：

0 A/ t' B; [6 i1 ]) J

Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load

Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load

. ^) [5 d; p# x4 Z) B2 d& g

Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load

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

Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load

+ M1 s& ]$ s! v

Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load

Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load

3 M& ~+ Y) L' t9 b: F* T

Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

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

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

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

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 |
以下测试过流保护、短路保护功能。

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：
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. }& ]" i

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

/ C  S9 Q! B: [6 z% q

7 g8 q8 ~% t8 ]9 s/ @, O* z/ a6 y

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

8 n' J/ {! b" f9 B9 E" K+ v/ G

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

  D9 `# @: n, ?' }

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

; D  @, C# r8 U: a, f

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

7 W: e2 W' B, O, z& ?

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

; b! W" l4 {, P

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

; G" V" T; Z3 a+ M- i- A

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。

) M6 p9 m+ k. b$ g

) f$ q% |1 }% v) ?$ s5 t

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

% C5 V% L& x3 ]/ d2 y

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

( B* h- Y6 V% o( c) I+ |

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

+ Q& \9 l, K% j: k* g5 [

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

" 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 l

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

& z$ z/ s; r. e& a' y

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

5 e+ Y* {' v, N4 E# x: H! O

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

& z5 \6 f  k$ s9 [7 G

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

2 i% f8 r# y7 y- Z
06、EMI 评估测试
3 v# a# F! W" e; \, i; W1 [( Q
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；
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

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
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 `' `

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV

1 i& c3 ~+ B. p8 o9 d& `