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

* G& J5 {1 j: Z* v" O9 ]' Y1 P- Z! \本文介绍了基于CR6900A的45W PD充电器解决方案。

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！

1 X" G6 w* |6 U6 e, P' l7 A01、样机介绍
% o( Q; E' [& `& _9 w
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。
& d7 R6 t& }- [+ J7 d0 G. i
* |3 T5 Q, |) U5 A( }5 A1 n& c

& S! b4 W$ z. A

CR6900A_45WPD 工程样机示意图

CR6900A

2 x/ J" Q! T0 i, }. a7 k0 O3 dCR6900A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。
" g2 U/ N! v& `* E9 M
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。

主要特点
* I! U1 U* C: d0 E( g7 l● 较低的启动电流
● 内置软启动减少MOSFET应力
● CCM+QR+CRM控制模式
  N4 |0 F2 K, C! h; Q% C- V: C* w● 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
3 K9 \, {0 x; l- J8 s! M8 Q● 内置65kHz和45kHz开关频率
- {; A" K+ f; \7 Y4 V! N- @9 W● 内置125kHz倍频工作模式
9 C- Z9 G) d. y● 轻载降低工作频率
" u6 D8 d* r5 ]: n( U2 }● 可编程外置过温保护
1 I, Z8 c8 R- V● 最大输出电流限制
● 自适应环路控制
4 ~  p& a' b9 Q4 m+ k● VDD过压保护和输出过压保护功能
- ]" j) f/ [9 Y" f● 内置前沿消隐电路
7 ^) k: f, w% Q' ]● 内置输出二极管短路保护
● 内置过温保护
5 Z  o: Q3 h& Z- _2 Q) D● 过载保护
: t4 U( b8 ?! h5 p● SOT23-6L封装

- b7 l& ?; O1 p+ `: O9 M基本应用
) B8 [8 M( o" P5 q● PD电源
" O5 H* S  ]2 U
典型应用
+ P' z; k6 M6 h3 R/ z+ x

9 f9 T2 o- `6 N: \" A管脚排列

9 s2 [2 d- D# @  @% C7 V- V4 P管脚描述
0 C5 p$ x+ Y. N0 I8 d+ x4 w

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 T& e. a  M3 l9 k1 Z# 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。
- S* v% r! m& ~: a( A, S  
- i! d1 K" c3 p$ o+ G7 W) b02、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。
* w! J: t- h9 E( P7 [- P, b
$ \: k) m5 A7 f! C& n- V! G0 I0 r2.1、输入特性：
% T: G9 \2 V% {9 ~0 p% [" f

2.2、输出特性：

2.3、整机参数：

2.4、保护功能测试：
: V6 r: j5 q5 d$ u3 i. e

/ ~6 _0 u; M9 x) b6 s2.5、工作环境：
! m# e1 i, U5 ^- x9 ]4 D6 f* b

2.6、测试仪器
6 j* C8 |' A# Q

03、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。

" }2 ]; q9 {8 o! e3 ?3.1、电路原理图及PCB 版图：
（1）原理图：
9 J9 h+ {1 h! B# t. Y

6 t! N( V( j' D2 @: P3 U$ t) l; `! l（2）PCB 版图：

& Q8 i0 K. B$ r* `; }

9 z, j$ `( \+ Q) L; A
( C: D+ z1 L: F8 X, ^3.2、变压器绕制工艺：
（1）变压器电性及结构示意图：
% c" w+ S$ q! x* Y. N

（2）规格参数：
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；
7 i/ D, c1 ~0 T% c; o! b% q# l4）次级: 三层绝缘线；
& Y! R3 q1 D/ ^6 t0 J) Z5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质；
  F8 o: A, l) C0 O6）初级绕组感量Lp：0.56mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；
# r0 ?3 {4 \. z2 |& Y0 j# f7）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；
& r4 A0 y7 d( |* I7 H9）成品要求:浸凡立水。

(3)、变压器参数：

# u3 |0 O3 D/ u* H( |3.3、元器件清单：

7 ~' W! j, V+ [9 ^. v04、性能测评
. ^7 n* ?0 F5 O4 _5 T
, _$ @2 u( d. N; U0 S! d& y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。
; o# K2 D  ?. J# J
, s$ Z* ?7 O* p* [1 S4.1、输入特性：
2 N' b7 k6 T  F; ]( `2 [( |+ s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)

0 K, `! O4 r5 r9 B1 w
+ j6 B) p4 }! G$ \# e' J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:
( v! U- y' H* a+ ?: A# u

4.2、输出特性：
注：以下数据均为板端测试；
1 Z5 V& f, s9 h
- Q, e0 \. v. D$ f. J9 I( h4.2.1 线性调整率和负载调整率：

1 b; `; `. u% T表4、线性调整率和负载调整率

4 e" \# t4 d4 d* \) o; n

4.2.2、输出电压纹波及噪音：
$ F6 D) q( M* O2 T( H! \8 w. q$ G8 \: Q
( E& P! C3 P$ I0 s; X; l5 o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 o6 V5 p; b" }1 O: z9 t& C
表5、电压纹波测试

8 W5 O3 s7 }) w

5 o( S2 A5 f' a5 Z纹波噪声波形图：

Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load

' v6 i  k, W) s- W1 u. l8 o

Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load

Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load

3 z" R1 Z4 Y& k& T

Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load

Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load

0 k* F! r2 d3 }3 }

Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load

Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load

Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load

  Y/ G3 y5 @! h. V+ ]* y" W

Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load

2 @7 q  y; W1 S. X: H( t. v

Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load

Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load

  b+ B8 c4 a( W' Q, z  e- h

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

% a* O8 D3 |$ Y0 m4 P& Z5 i

Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load

! \8 r4 j' u/ y9 K

Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load

2 i9 n4 T' x. a' @8 l

Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load

Fig16：R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load

$ n, R5 i) L7 a* f( s; N

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

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

; V, G6 l6 J1 ^, H6 ]; [( v  S

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

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

2 ^& w- K: l9 P1 q2 S/ E+ t4.3、保护功能：

以下测试过流保护、短路保护功能。

8 |; q, R4 W& }4.3.1、过流保护：

" X* |8 p( X6 K4.3.2 短路保护：功率计限流电流为2.5A

" ~  T. \8 z2 y9 U  e( M! h4.4、动态测试：
; Z; Q  i7 f2 z- y4 [8 |$ i$ \( j2 c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。

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

) m. \& V, l) k; h2 o4 p  q

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

* X& F0 l1 D% m' r

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

+ n5 \$ S3 O" N5 M% l0 N; M

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

! d8 i' N& J8 v! N5 ?/ I

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

6 g! y" g2 B. I- {

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A

4.5、系统延时时间测试
$ E$ P0 f' A! \2 R5 k* g2 I( g
7 o; x: o7 _0 I0 }! W5 S1 T注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。
$ s" N) L$ P- }2 \+ k: Q

/ i/ V  L- R, W9 B  k+ a

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

( N2 q2 D+ _9 l6 B1 ~

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

05、其它重要波形测试

; j# c" `$ S: O' }DRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

7 R# h) h  P0 F3 ~' Z' p! a( C

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

9 C: o7 j* c3 J' N

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

0 d" A4 w! N4 V# R( K& ?, x* V
06、EMI 评估测试
  X& ?1 K, v6 s; E- R) A
6.1、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
) d/ N1 }" q8 f

传导L 线测试PK+AV

" O0 ^' g2 e/ z$ F& J

传导N 线测试PK+AV

- }5 I1 U/ M0 `- ?1 i5 y+ _/ g2 ?

辐射测试PK+AV

6.2
输入：110VAC50Hz；
输出：20V2.25A；
/ Z) C+ i& ?6 h! {. G负载类型：电阻输出低接大地，限值标准参考：EN55013、EN55022B

1 @2 ]" x5 k) r: r

传导L 线测试PK+AV

$ H" s7 w' i. v

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV

( N0 x2 Q. p7 f( f9 b. i