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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  M( H4 k, u& L本文介绍了基于CR6900A的45W PD充电器解决方案。
0 d3 v1 u) V0 x; ~# d
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
" u# Q' ]) E2 \! h' ^
4 h; F1 N3 S0 V* r" ]; ]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。
) B# ^# j/ \' [  G. T9 L5 W$ N

CR6900A_45WPD 工程样机示意图

+ O! E' P$ t- \& c/ {/ T* zCR6900A
* d4 p' G1 n! H  o0 O$ i
! a% ^& d2 y  a; Q3 ^" d, m$ W. yCR6900A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。

  I$ ~* O% J0 p" 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。

% a' h7 ?) k+ S# G) M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
" I5 g7 |; U6 F2 A6 ]/ W; Q: j8 G● 内建频率抖动功能，降低EMI
8 |$ l8 ~) P2 m: _" F$ _● 内置65kHz和45kHz开关频率
● 内置125kHz倍频工作模式
8 Y% ?+ p+ L5 @$ D: W● 轻载降低工作频率
# z/ U" o5 a1 W, z8 Z● 可编程外置过温保护
0 n! J/ b1 U% X● 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
) p4 c' m0 l; I% q/ e7 r● 内置前沿消隐电路
● 内置输出二极管短路保护
/ t+ I4 J5 k9 Z: l: u; y' ^● 内置过温保护
● 过载保护
● SOT23-6L封装

$ }1 ^9 j) _1 m& ^% k+ K! D基本应用
/ D6 L, H9 @- \7 [● PD电源

典型应用

管脚排列
) k  w8 U5 v# p( E. k7 P

5 J( M, _4 k  ]/ p6 n管脚描述

3 X* V1 x# M. d. ^! x6 \) n( N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。
  
- A& z( D; h* L' Q' I4 X1 W02、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。
) i3 H7 w) |: f9 F5 B$ W' j' O
1 E3 S- {7 J' U2.1、输入特性：

1 C8 P+ _! z3 S  `2.2、输出特性：
" g7 a2 o  {6 \1 t& N- Y; X& ~

+ ]: {6 y' e6 A& x% }2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
6 \, `' V& m2 j5 ~- C4 {# y  U1 y

2.6、测试仪器
* Y" w  m6 E. E# _9 [8 N

03、样机结构信息

' `1 p! s+ A  l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：
" t0 r3 ~7 G1 h$ W* S- o（1）原理图：
4 g) v& v* h" O9 N; |

" y$ q3 t4 _2 O3 }1 q（2）PCB 版图：

7 E2 i' A& Y: ?5 P! C

* P* y+ a4 S6 O/ _# y8 U% M3 U3.2、变压器绕制工艺：
（1）变压器电性及结构示意图：

（2）规格参数：
7 y( i. n* \% w6 C" |1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
2）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；
5）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）；
8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水。

(3)、变压器参数：
3 [: E- Q: K5 Y( t/ F# G

3.3、元器件清单：
. ]+ i5 p6 X" Y+ B" f5 F6 g$ a  [7 ^

04、性能测评
2 G) n! M7 r/ o( |. s2 `4 {- o5 ~
# T9 t6 R; J+ i3 [! V; G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。
& B0 `) ?! D# {- E# q% A) D
* A2 A8 A- Z# r  w1 L+ d0 x4.1、输入特性：
) P3 M, y4 p1 I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。
3 }; A0 G+ @' Z4 e& N6 H9 w
  J- N& D) |" {: Y1 ]8 V/ Z% t表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)
; X+ H0 h* m( u

& F0 N" N, H9 m3 M, e
; |1 L  \) B8 R/ K) p8 a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:

4 b  q4 s9 @1 x& ^) c2 }% C8 l2 d$ H4.2、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：

表4、线性调整率和负载调整率
2 |! J; N- W+ W& `

+ U3 Y2 k# m0 T0 T6 S5 k$ \4.2.2、输出电压纹波及噪音：

, x6 ^" j; u$ F/ o% h- w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。
# Z+ @$ R& v. E/ D  h+ V
( S  h6 b2 K9 e+ T9 r表5、电压纹波测试

, ~7 k5 W& f0 |9 r6 ^

) B5 r4 v8 `" s5 G纹波噪声波形图：
' q7 G/ m0 J) {+ |0 t
' X% z9 d% [6 a+ @

Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load

. }2 K! V1 U1 `

Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load

Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load

Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load

Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load

+ N! Y; j6 B& W) }6 U) G6 Y

Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load

Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load

Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load

7 ~' v# ~5 X+ C* d

Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load

0 Q3 W) b3 L# d  z; B7 |: e

Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load

7 R4 D- I; Y  e$ D* S% q/ K* Z) Y7 N/ ?

Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load

4 W8 d; U& U3 E3 @5 k  X2 }& f

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load

! {8 N) e% u% b1 l& k; K% s0 n

Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load

6 v' Q+ [6 C7 f' F2 c

Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load

Fig16：R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load

2 i8 l- w8 f5 e# U1 y

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

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

& F$ n) q/ o1 e2 {$ P

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

1 h2 Z0 R4 H; c  X) o5 d% `; |

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

4.3、保护功能：
7 b5 w" R1 p2 {1 z/ m7 _
以下测试过流保护、短路保护功能。

4.3.1、过流保护：
8 q4 J4 L3 K/ d- W8 w

; F" i# ~1 ~) J( s/ x4.3.2 短路保护：功率计限流电流为2.5A

4.4、动态测试：
0 x+ a: q/ Y" T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。

/ n% j; B" s  d6 m

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

4 g1 k- b! l1 r

' r& ~8 G( t6 E* O

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

( E( c" V& ]) L8 S9 c

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

7 {8 u3 r+ h. D" |# {! R

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

  f- V# n' p# s2 h% O

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

* w2 C2 V" j# E2 w" n* ^) R

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

7 X2 `4 e. D" |7 @# X

Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A

4.5、系统延时时间测试

" h2 v4 |. w; b  h$ f/ C# z5 k' M注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。

2 M  T5 D- I5 ?  m: N

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

6 L* r$ J8 V4 x1 K6 c' ^2 P

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

& q+ n* \5 p2 `7 T' e

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

6 b& d+ k$ r" c. d5 C

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

05、其它重要波形测试

DRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：
7 S$ I* Q8 K6 ], J$ N8 \
. z( Q9 n+ h+ i" F

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

6 T2 D6 @" s; l+ M- d

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

5 W3 ]! F; F+ f

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

' J1 ^2 U6 T5 }; H4 R

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

9 t: n5 N+ ?8 K! A: M

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

5 r5 l6 e9 d4 W% e6 k" y, P3 R3 f

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

. U7 D* @) d. _  X2 R06、EMI 评估测试

6.1、测试条件：
输入：230VAC50Hz；
输出：20V2.25A；
. I5 j  j+ G6 ]# t  {负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV

8 e+ _( M9 N* g6 r2 Z% J: P6.2
输入：110VAC50Hz；
输出：20V2.25A；
7 l" ^" y' s3 ]: I5 i负载类型：电阻输出低接大地，限值标准参考：EN55013、EN55022B

  i2 t+ S  d0 g; @7 C

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV