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

1 s- l4 \2 E. ?$ G
% Q' `0 P9 c" A5 \* ~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！
4 V7 R$ |3 i* F- K, g0 s
+ J/ B; Z9 y- t" d& g7 i01、样机介绍
9 U" O2 K; O- [+ U8 V' k+ X
/ \+ F9 j( e0 }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。
; O. U$ _/ Z) @- O
; E. |6 f3 a4 r6 L% G7 M  U$ r

# }( x6 O' i+ J) e" k. `

CR6900A_45WPD 工程样机示意图

5 Z/ J6 ]9 n4 yCR6900A

6 _+ b% V2 J5 ]1 BCR6900A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。

4 j5 E/ g- b! h" v- M主要特点
0 a" c" g/ @! Q- |. C! w0 M● 较低的启动电流
0 U8 b" _! w, z7 ~: M( s- P# W/ u● 内置软启动减少MOSFET应力
● CCM+QR+CRM控制模式
/ W* W2 W* r4 e$ q  i7 `0 x● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
- x6 N+ c& O! T. O  G  k) z● 内建频率抖动功能，降低EMI
● 内置65kHz和45kHz开关频率
! f3 v+ S. a; i● 内置125kHz倍频工作模式
% p8 ?2 I1 G1 E! O● 轻载降低工作频率
. g: ^5 ]* [" v0 L* @% p. I● 可编程外置过温保护
: C! N/ e, C1 k3 f  f● 最大输出电流限制
● 自适应环路控制
0 V5 j/ t8 P! j7 }+ z● VDD过压保护和输出过压保护功能
# U, m7 s3 w# V2 v7 Y# A% x● 内置前沿消隐电路
. V9 Q5 n+ C# E  Z: Y& y8 G% z. ~● 内置输出二极管短路保护
. T; H5 k$ D  R' K" U● 内置过温保护
2 S1 Z& q9 e  p5 A0 ~# S● 过载保护
● SOT23-6L封装
8 ]0 r2 F. L8 T5 @5 F
( L6 [: A4 ~) h# q$ Y5 R2 y基本应用
● PD电源
5 d6 U. Q# S5 B# E; o* j
( b/ v" I- }$ y) H5 A2 O* D典型应用

6 l6 M0 G( _$ H) Q管脚排列
- P$ Y6 a) U5 K  t1 p' O% i( k

管脚描述
! w% x; t/ A' y
; w. t) _- W3 f1 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。

! i6 f! S$ ]5 W. ?# d  \! k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。
) U8 R$ v! I. O7 L3 B4 Q& [, B2 W  
* k. O# N- u* a02、样机特性
1 a' @! J5 p1 ~# K% C; i
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。

2.1、输入特性：

2.2、输出特性：
; i% `0 }# u# ?# Y1 t' n# N

/ K) y! [' }: d/ U$ U) j" B0 P0 w4 V2.3、整机参数：
# E' |7 C$ ]% w7 h8 F" i

9 S/ e; v# t* N; o, M/ K7 N2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
9 d) c; O. q/ \, `* e

+ w; ]" ^4 x0 T2 Q* ~" }6 m2 I5 F2.6、测试仪器
: U( T, f8 W, e, J1 W: B: B& x

; h* r/ ~2 I1 V/ }! R0 a% E; A; c03、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。

3.1、电路原理图及PCB 版图：
( ?; s3 Y" t% F0 ~/ M（1）原理图：

（2）PCB 版图：

: a% O  a+ j; K3 W2 b

/ J" g6 e6 d5 d' ~/ Z3.2、变压器绕制工艺：
（1）变压器电性及结构示意图：

) C- j, O6 B7 D0 J, a, E! X! K（2）规格参数：
9 K4 O2 Y  b- C# H$ h; U1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
. z) q2 e% e* H0 J" I2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；
7 R+ @0 N- ^4 h2 q4）次级: 三层绝缘线；
/ W" q# k: {7 w( C5）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）；
8 I+ A, f9 X& |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；
* w$ V( @" @  O7 G9）成品要求:浸凡立水。
+ V% A% w* n& ?" Z. O) M7 v7 I  Z
$ S* v+ Y# Q6 H2 S2 J5 X3 d9 B(3)、变压器参数：

7 ~0 K" x' V3 Z% j2 i

; s' C, ]% z  ~& o  `% n* r3.3、元器件清单：

; r! }" l6 q( k6 g- h) j9 A" |

8 F7 ~  G' W4 M04、性能测评
' ]0 U/ E  ]* R. X2 ]
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。
& ]2 t5 D" @" \% U+ `1 t7 @/ A1 F
4.1、输入特性：
9 T* t( g+ C6 U5 y/ }& W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。
1 M6 n& V: x; l; c
% g# T/ [6 @! J  P0 z表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)
1 s& b" y& I  Z$ f  l. w

$ h0 v/ Z3 t  N* `: C9 e. F
! Z1 ?' Q- _2 ^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:
  D, `* `' k% L+ |  V) y

! N# U5 F2 M/ a- C  U" O: h9 s4.2、输出特性：
注：以下数据均为板端测试；

% [0 g) M5 e8 Z' N' n4.2.1 线性调整率和负载调整率：
6 M2 {" U  W' W+ S9 I; a3 I& ~- ~' Y
表4、线性调整率和负载调整率

* L' R- H4 i8 d9 ]: o6 Q$ W& J

4.2.2、输出电压纹波及噪音：
: S4 ?+ k9 V* @  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。
) F3 `( F; g2 e3 Z3 B6 C! [- p
& i$ B: x  B  ?表5、电压纹波测试
: V8 {9 f4 C5 O2 B

纹波噪声波形图：

# M9 D  h2 m' k5 K: O

Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load

Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load

Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load

Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load

( m1 P6 M; e1 N- X2 [1 S

Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load

$ y; Y4 C: Y, y: E4 F5 m7 T- l/ n

Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load

' M- L" U, {3 H: |# o

Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load

Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load

Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load

Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load

Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load

8 `. k9 f. }/ T! g

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

, T' g! D  @3 x, T* C. @

Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load

3 x) R* w$ j  Z# Z9 B4 p. L

Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load

" S/ r. D  K5 a3 }  R

Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load

2 C8 @1 x9 ]7 J

Fig16：R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load

2 o  e$ R# Y  |) w5 S+ G: {, C: y1 l7 [

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

9 D4 }/ d+ R) n& ~: h; s

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

4.3、保护功能：

8 j7 [- v- k* K6 K以下测试过流保护、短路保护功能。
7 k: f, y+ j+ z- V1 L7 m
* s9 \9 b3 P% |, {/ j/ c4.3.1、过流保护：
) g4 [7 t* i5 [! q' t8 g( _( e

  z3 V  m  u- g6 t: l0 x" M2 t4.3.2 短路保护：功率计限流电流为2.5A

4.4、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。

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

) }9 ^; E% L7 X1 N8 H

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

9 D* A! n) I5 V' f0 K

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

2 E& }6 @9 t- h1 U+ ?5 s( ~( Z

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

% k1 X: t' z: q' K9 G: p

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

6 s9 l6 r* v5 _/ Q* \9 P

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

1 N. r& y3 k3 C, w

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A

. ?% X6 z1 t9 L. N4.5、系统延时时间测试

: C0 p4 f; ?$ e$ h- s; h注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。

- f. V" \* v- u

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

0 b3 z2 e2 |6 N8 t1 m1 K. O( N

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

05、其它重要波形测试

DRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：
3 {, H" `2 E/ t- g( C! Y4 A* h
1 n; h$ ~! d$ s: {; s

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

9 {( I5 K2 ]: c! o% p1 i* M

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

' w- v0 f4 j6 k" S0 O

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

6 Q+ z/ R: q: Z# m) c' n

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

06、EMI 评估测试
: w" o% d) G9 a# z% s; S0 b2 ^  F5 j
6.1、测试条件：
# e) R) k1 \* z6 g) f# J0 W输入：230VAC50Hz；
3 X' K) {1 ~: S& K. f8 I输出：20V2.25A；
负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B
& k% H8 ?) J# U" {4 W

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

$ m/ W/ E. i- u: B

辐射测试PK+AV

: f7 g$ B  `, X1 a' a! t
  F: f! n  Z% C/ J) r2 @7 v6.2
5 P1 ^4 n: f, z$ d. j. A* z' }& S输入：110VAC50Hz；
- J2 O5 r) E1 i4 k' N# H输出：20V2.25A；
负载类型：电阻输出低接大地，限值标准参考：EN55013、EN55022B

6 J: i, i0 v  ]- S. P& K/ N5 @% s

传导L 线测试PK+AV

/ s  {: n( G" ?1 a( C: _1 I

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV