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

$ T' V* U4 }% C6 i本文介绍了基于CR6900A的45W PD充电器解决方案。

+ U2 t/ J2 z& z! j: C- K8 {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
: N& f! x) t4 [" M; @9 O
2 W( \7 ^0 T5 L2 M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。
0 C% w/ s% _! @+ w- u* G

2 a7 w3 O3 N& |

CR6900A_45WPD 工程样机示意图

CR6900A

% t: _3 S) M  W* sCR6900A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。
. `# w, l8 b) k% p
5 O8 y/ h; X8 U3 H1 _主要特点
7 N7 r9 S6 c/ T' O  a' \● 较低的启动电流
0 w8 H1 N# A* z( R4 `; ^# }● 内置软启动减少MOSFET应力
# Z4 i% h1 g9 E1 y) e7 v3 q3 ^● 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
( L4 H/ d9 A% e6 H6 C' B; R● 内置65kHz和45kHz开关频率
● 内置125kHz倍频工作模式
0 ~( N) x8 z& m7 z% A( ?! o1 I  V% x; t● 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
● 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
- s" u8 |- l- R● 内置过温保护
● 过载保护
● SOT23-6L封装
0 M' J9 _% E% @6 U7 O$ B- A0 q
基本应用
. q2 C  e& ^' A# ~. O3 r. [6 ~● PD电源
" N: u+ P, f* Z
典型应用

3 @4 o. O& g8 {7 y& U/ l管脚排列

1 [' e9 I, `: q+ f1 v3 `管脚描述
8 _; B9 ]; q1 y6 N: }7 l7 [4 w, ~. b1 e" F5 U
7 a- f2 R9 V& y; f9 H

- h1 n7 V( b4 |/ \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。

# q- D4 d+ p3 Q$ m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。
  
02、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。
# K# v( X1 p6 \! |
! ~! |8 ?8 ?% m2.1、输入特性：

: w5 S+ E( F' k, ?  X2.2、输出特性：

7 H+ s1 w( [3 ~. M4 s2.3、整机参数：
6 C- w, t8 N* _. n9 V

2.4、保护功能测试：
- T  [; M7 R# r; g8 x, g5 t' s$ b

: T6 W1 L! t" W: R2 ~0 P2.5、工作环境：

6 _8 T& }5 |2 l! c2.6、测试仪器
! P& S+ l! w' |. q5 q" k

* |9 j7 t% v/ W- L* A, e/ t; z" y03、样机结构信息

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。

" B$ n' E( Q8 B0 `( i) B- d3.1、电路原理图及PCB 版图：
（1）原理图：

（2）PCB 版图：

( k1 H+ w! u' g4 y+ g' p

5 i" r8 W/ l+ ]' m

+ I4 u: w  k. a. m7 ]! ?
3.2、变压器绕制工艺：
（1）变压器电性及结构示意图：
: U  T9 C4 o" d) Z6 F

（2）规格参数：
8 q1 _0 L& g* u7 z6 G# K3 [: k9 F1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
. b. W1 r" \3 Y+ @2）材质：TDK PC40 或同等材质；
# y( V: d( R8 S9 O; W6 G; e" `$ G# o3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；
4）次级: 三层绝缘线；
5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质；
, j% z; J/ R4 U6）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）；
' L2 M) E/ n8 U$ D1 A' |5 [4 p8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水。

(3)、变压器参数：

- r7 ^4 z( w! u7 D6 ^! [+ s

3.3、元器件清单：

04、性能测评

  w( y2 n2 e# i4 Z' L$ P$ P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。

$ N5 P& H5 Z5 V* m4.1、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)

& W# J, o- u9 w4 o2 t
3 N* {+ w6 r: X, \" b* z表2、输出PCB 板端测试100%载下的输入特性

表3、输出板端测试的效率特性:
# y5 H+ G# p9 L0 _9 D

4.2、输出特性：
% }# G& U# R* h  O# B' |" x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：

" X; ]$ q. r: E. V# V表4、线性调整率和负载调整率

* Q: t# e: f& a" W) F& D7 O9 I

) z8 ^0 ]& `/ V, [4.2.2、输出电压纹波及噪音：
: D! d& e1 j' 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。

1 N7 ^1 Y  q0 `+ \' r2 g表5、电压纹波测试

纹波噪声波形图：
4 a5 ?( i7 s0 h/ L) s7 m' ]

Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load

: |6 }3 s, f. Z& |- \$ k7 Y6 J

Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load

+ C- T# ?! l$ |7 u5 y6 r* L

Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load

. O! ~1 M7 c# z$ n

Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load

+ Y) t5 M* v1 ^

Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load

Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load

Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load

Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load

, h( d$ h  u  k5 v& ]8 X

Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load

Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load

* ^! f/ g  D% |+ Q+ o

Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load

7 s3 A. o5 C9 F3 T9 c7 |

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

! K, b- C) U6 x. Z- ]' m/ u

Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load

Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load

. F- H& M' }2 `* N- E0 k

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

7 K. F# L0 ?/ {

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

0 d& S% O7 @8 |) r& r$ f2 n

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

' g( C1 x' M, j$ ?9 v

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

! k. U2 N0 B. y. P8 E. `4.3、保护功能：
2 Y. J' D8 i6 r+ y2 [$ C
0 E6 M; w$ p9 r2 s以下测试过流保护、短路保护功能。

4.3.1、过流保护：

4.3.2 短路保护：功率计限流电流为2.5A

) W: z; t" G+ s) U4.4、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。
  l" X9 j& n1 H

' R9 C! [3 m/ C# k

5 _5 k8 M) \. ?' C  x

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

8 i* g! S+ K/ g! Q2 r2 i1 _" j  F

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

3 y- K2 F4 U/ s7 P$ @5 a

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

+ f1 B) C* p6 e' w2 G3 k

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

0 o: O4 r& J/ y, m$ m6 S

Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A

4.5、系统延时时间测试
6 n9 k7 n" f. d  g/ _# n, s# ?
2 a$ e( j% F% B0 Y; e注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。

, v1 |5 ~. N/ e

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

; X" ~* }8 V8 n3 N- S# d

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

7 z: E8 [, C! i0 v1 r

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

& u" N, L2 s8 O9 F

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

5 m& {! [% O% h, g8 k, X! d05、其它重要波形测试

! c8 d0 L2 G  w0 A! @/ C) A" VDRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：

$ V, w- |+ [% L2 r

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

4 N) C2 s6 |1 O. T% H5 v" x% D

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

. @/ F! ^9 S: ^2 z8 t0 F+ }

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

7 t9 b5 V6 h4 @, h5 o  V

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

# r4 k) R( |- ~0 k
2 {: r- f  A3 T06、EMI 评估测试

& I* f& K% N* x# i6.1、测试条件：
输入：230VAC50Hz；
输出：20V2.25A；
负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B
7 P4 t7 L. I6 t6 S

传导L 线测试PK+AV

5 q( F  w7 N# U+ A8 B

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV

6.2
输入：110VAC50Hz；
1 R/ O$ {" Z7 i- ~5 N, O( Q输出：20V2.25A；
负载类型：电阻输出低接大地，限值标准参考：EN55013、EN55022B
0 }: I) T; [3 N+ N) W

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV