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

2 o) h3 b& T4 ~. ]8 l本文介绍了基于CR6900A的45W PD充电器解决方案。

) M3 {* Z0 C1 T  }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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8 P" o  q: D1 K7 m" S. @01、样机介绍
) f. |3 V! r1 A7 L4 |+ n0 D: O
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

CR6900A

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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7 ~6 Q  b( |# \; L  j, qCR6900A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。
( S4 R5 z$ u5 W' \' Q! k/ Q; w2 g
: w1 X* L* ^' ?! ?4 ]主要特点
● 较低的启动电流
● 内置软启动减少MOSFET应力
; S" W. ?: }' h; I● CCM+QR+CRM控制模式
  p6 {! k; ]' A& |6 a- k● 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
● 内置65kHz和45kHz开关频率
( m, I* u5 h8 I# z● 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
● 最大输出电流限制
● 自适应环路控制
& v4 K+ h4 c  d; M/ b2 W● VDD过压保护和输出过压保护功能
! d. J% V4 _' \● 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
● 过载保护
● SOT23-6L封装

基本应用
4 Y4 r- c9 m4 L* D● PD电源
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典型应用
+ A7 \: l0 F" C* w' @6 L0 E

管脚排列

管脚描述

- Z7 s$ d1 F! y" g3 W. L3 s

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。

: R2 X; _9 y; e7 k. C$ W8 W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
" X6 p  U, y3 Q# I* k
$ S+ W4 l! _1 D6 [4 {5 s% z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。
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2.1、输入特性：

, X/ e6 L5 a) c1 N7 O2.2、输出特性：

; X9 X0 ]6 b8 E7 Q& {- w7 ]! Q$ g2.3、整机参数：

0 _( `% P! t8 P! O' A* v2.4、保护功能测试：

7 C/ ^2 i" u; {+ X7 ~0 k2.5、工作环境：
0 o4 }. m' d6 s: I* e; T& ~

0 o/ s/ b( i, U# F" g2.6、测试仪器

$ N8 @  l! W2 s: L# B' l0 q* g+ O03、样机结构信息
# N: r1 i  \. \* \' M
) o0 z0 S2 j0 j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。

) ^; ^7 Q- V4 i3.1、电路原理图及PCB 版图：
（1）原理图：
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5 d/ e: t8 e6 q# V（2）PCB 版图：

' ^. x3 k  k# A

5 D6 M" y* Q* O7 @

8 y; V+ V% b& C! T& z& r3.2、变压器绕制工艺：
1 C3 t! ~9 I$ [) J# y- {- l- \（1）变压器电性及结构示意图：
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（2）规格参数：
1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
6 M9 `; |) _( n1 y: d' k! P- N3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；
5 b3 m* v! `2 @4 ^% A- {4）次级: 三层绝缘线；
* J8 Q1 u! D1 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）；
# f/ B9 R7 G, k5 F( j6 j7）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。
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; l# o  L5 a3 \1 M+ t0 v(3)、变压器参数：
) V0 g- X; `9 Y! W. F
% u9 }1 U7 ?8 v4 y; i8 m2 c, A" z

' ?7 E. ^' z; v$ ^" E3.3、元器件清单：
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04、性能测评
* F9 p. M( O" t* o$ H+ S
# X$ o2 ]) \5 a) A0 G7 C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。
8 K, I% n) {0 A
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。

# N( @' x5 N! G6 S) l$ P' I( c" O表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)
, |& k+ z" G( n; l8 L7 m' o/ w

0 D6 Y9 O4 Q# [- E) v6 |+ K5 Z
表2、输出PCB 板端测试100%载下的输入特性

  ]( A9 c1 r$ J+ q) S  |* S+ u表3、输出板端测试的效率特性:

4.2、输出特性：
7 S2 d$ t! @5 y5 H! L3 f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：
; W" y1 h& t9 E3 w! L  m4 h
表4、线性调整率和负载调整率
4 X& T  S" P! l# x: s8 B9 y

1 K- j) Z- Y% d: _$ R4.2.2、输出电压纹波及噪音：

' @/ e- X8 H0 |( H- l6 g' G4 V. m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。

3 _/ M: X2 S# P/ T8 H表5、电压纹波测试
0 _3 S8 {% \) g' @1 Z7 d& x& H

5 W' M4 `4 w( L  b. f纹波噪声波形图：

Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load

: i- Y+ J5 {' ^. y) c

Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load

Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load

4 N: M; V3 L. ~* T

Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load

! I% j/ z0 X# c# q/ ]7 m

Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load

Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load

Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load

+ k1 C# \0 q0 l/ a2 I, u! e

Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load

Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load

Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load

( ~- E7 `! S# \# g% q9 }, e( _% Z

Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load

! \  e- v6 Q2 x  V

Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load

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

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

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

0 r2 N9 s; _4 y+ D0 O. v; c% C

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

4.3、保护功能：

8 h) P' M3 v' V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

4.4、动态测试：
" @: m3 v4 ^% L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。
: k5 V* k' F( e0 a' \; h& F- D

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

7 A- ~! R* O& t9 B, d

2 O! ?' K( i; h" m

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

  H% I3 v! {8 K

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

3 U0 M+ t6 H# q2 T% M

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

0 o, Q$ N+ c, v/ B2 G

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

, P# M4 z# z. P$ Y$ R/ t

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

: U4 A7 d( L* e; [

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A

  k* Q6 t% ~: a0 v$ q1 F3 F) i4.5、系统延时时间测试
+ i  O5 h  i0 D6 P3 @! N, _3 @  i
7 H' a  b7 H  c: d& v注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。
' z7 j! U; W- G# k9 a2 J2 N
# O8 E- n2 o0 }' ]6 _8 h) B- r

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

1 B2 q% o  [1 g0 k) m$ |  b# S

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

* p' k5 T1 h8 |6 m

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

+ S1 ]$ L! c# }* t: w

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

+ I5 W! I/ N# {0 G/ J
) U4 o( h4 }3 S+ K8 D05、其它重要波形测试
6 r0 w5 m0 Z  s
DRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：
$ I' ?- S; `9 T6 v$ T
% u8 @" o4 ^: e

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

1 r' ~7 F: K: G7 u! `6 M

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

# ?3 W+ e! ]3 X$ t# X& E9 k! J

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

* T3 t6 j  Y5 y: y' H& Y
7 {  x; _9 M2 L( h06、EMI 评估测试
6 x5 [, o. Q: g- A  I
6.1、测试条件：
. F" ]- n5 I: }* B- t8 H9 W+ ]输入：230VAC50Hz；
输出：20V2.25A；
负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B
7 O+ A5 l6 r3 ?6 c% [. h

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

: I4 h( N2 h$ [8 X- o6 }6 w6 V

辐射测试PK+AV

* d1 H/ `5 H9 a6 P6 F; R; p
6.2
输入：110VAC50Hz；
输出：20V2.25A；
. I: `  I- v( h. }; h+ p* [; k负载类型：电阻输出低接大地，限值标准参考：EN55013、EN55022B

- z, w9 r/ t+ e/ O

传导L 线测试PK+AV

: s: n1 j2 j8 L: w$ y9 b

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV