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# |6 V! J/ O( S本文介绍了基于CR6900A的45W PD充电器解决方案。
) Q2 ?% p- B  M* \6 u- u
; o1 \- a/ i& }% g4 b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！

  C3 U# H( K* w* ?: V* t01、样机介绍
( C0 Q) Z# D  x/ [1 F
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。

, K( A9 o' z) A9 \

CR6900A_45WPD 工程样机示意图

  r" G4 I  i+ q! K$ T! ^% M7 M9 ]! NCR6900A

5 J$ \7 v3 ~+ ?' A6 mCR6900A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。
: F4 M  ]/ a+ z6 o
# Z/ l( N/ c) a5 E' p- P; VCR6900A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
● 较低的启动电流
● 内置软启动减少MOSFET应力
/ w- {- r/ i5 r3 q* R● 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
( T% i* V& g" d0 e- v6 j! _● 内置65kHz和45kHz开关频率
( K( k+ r+ l- g2 }2 J% U● 内置125kHz倍频工作模式
% }6 V# c- ^9 J; t2 {● 轻载降低工作频率
# Y' a3 a/ a" `. n0 Y" W: q9 I4 F● 可编程外置过温保护
● 最大输出电流限制
4 e6 q4 l! f5 _* m; Y0 N● 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
# [" T9 N- ^# p" J7 r● 内置过温保护
● 过载保护
● SOT23-6L封装

0 F( [6 s0 h) U3 l. D. o基本应用
● PD电源
  z; {; C- |1 O# Y
典型应用

管脚排列
  J; l8 j' k, ]# E1 t/ b5 \, t. P( Y

" m; ]6 v2 G0 d8 D, n+ ^管脚描述

- b" n8 r7 s7 v

- V; n3 w. e1 y) F: P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。

8 p# ^, T' b' O( N  c4 x- f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。
% i3 h8 w% D3 f1 a( y  q  
* d  ?7 r) Y% n' Z7 A/ Q4 j8 m/ H5 z02、样机特性
6 x. N4 u: r# m# d5 l
; S' n- d* @& ~, o3 G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：

5 A0 W& P6 }+ A, ]" E2.2、输出特性：

* M9 J2 k8 @; P7 h: D. C" F' I2.3、整机参数：
+ [: X$ W4 Q; i' p: N5 l

2.4、保护功能测试：

, P3 ^, J4 H$ p' b, ~- S( r2.5、工作环境：

' J, K& n1 y3 n% v( ]2.6、测试仪器
+ d; d/ H- j4 z1 P

03、样机结构信息
8 l3 o  \$ n0 _% r! `4 i# M
) {& N/ R, R* T9 M4 c5 H" |8 z) X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 n' F: R5 Z  c6 V3 F
3.1、电路原理图及PCB 版图：
5 A" G+ ^# q5 r8 b9 m（1）原理图：
9 u8 ^- ^) T& C4 y# l

' c8 }, L: K  _# y（2）PCB 版图：
* S7 e2 _& q5 B6 k+ E* l
# m6 a  h0 f, L0 b% E/ i

( {6 N$ Z' S7 {1 n" a

' \% u* z7 r( H$ E; _

/ g& ~( ]9 }- t( p* i/ i3 U
9 n' I8 k% _; B: o3.2、变压器绕制工艺：
' c  }, B# r: j( j4 s2 u- I（1）变压器电性及结构示意图：

( ~6 c2 v8 d$ e6 R, m9 K% [& g7 F

7 S8 r1 [  z7 g# P" \! w% G（2）规格参数：
1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
& Z  w! k2 F  ^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；
4 p+ `8 }7 o' F) x% Y5）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）；
: [- z% Q0 |' N% v( t; A7）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：
2 H3 N% F' x: }" S7 H) I4 N- P! T
) P8 c3 \/ ?+ h6 ]2 }

3.3、元器件清单：

04、性能测评

& h8 y7 K  M5 m6 R1 S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。

! e' ~% j! \4 D% K; A5 x7 Y4.1、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。
  B. H/ x( @4 ?- Z6 o, m4 H
  x/ ]) l5 b8 q, N表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)

: @5 u, u) |$ q5 p; `6 x
" \7 d( o$ w( s! l表2、输出PCB 板端测试100%载下的输入特性
( |. d3 T, s; v' T9 m: J

表3、输出板端测试的效率特性:

4.2、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：

/ f7 V! R- E. n5 J/ B. F5 g8 b表4、线性调整率和负载调整率
9 ]/ l! `2 [9 O5 L
5 p5 q" L- r/ t) g# _

4.2.2、输出电压纹波及噪音：

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。

; {( ~- A- X- D7 I表5、电压纹波测试

4 {1 d2 j! D9 `9 L

( V# T6 D6 r, X6 J纹波噪声波形图：

Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load

Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load

/ d; _( N0 Z  u' `$ M. [: C

Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load

' U; \1 W: E/ g" I2 F

Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load

9 V: p, T8 g- z+ `' l

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

7 [5 m# u- n/ n* E- {

Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load

$ j# c0 Y" S2 }( A' s

Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load

Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load

- n- m6 N3 f; D6 N) W% o, k

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

, z/ q/ D1 W+ ]" w# N

Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load

Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load

. P, |7 [: s0 l  y3 v# ^7 h

Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load

* [' w. M8 D! s" B/ t

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

& ?  v4 g& s( m+ Z1 |

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

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

0 n, h! w' U+ O6 B7 e, j- y4.3、保护功能：
1 _( `/ I4 ?: C
3 ~& ^( w7 y3 p* n( |3 K以下测试过流保护、短路保护功能。
. x$ u$ c* @  i9 w( d- v" ~/ U1 c1 ?' b
; m, `7 B5 ?( m) Y7 i$ U- J6 l4.3.1、过流保护：

$ Q& T! G& D0 s8 c. H/ g4.3.2 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。
# y6 f4 V1 c' y& W, y( M

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

4 r) \  G& q, d, U$ S$ i" V

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

1 ?. J) V& x: x0 `% s. u: o

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

8 C/ A0 Z9 F; |; b: ]/ v/ B) Z

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

; r  h6 g+ M% c3 [

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

- d) T  C# }. W6 S9 k! l& I" S/ ~) E

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

5 ^9 j1 z& U6 N# r' p3 L

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

+ U! v3 k2 Q+ N* @  S

Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A

4.5、系统延时时间测试
  a; \# Z3 X7 v$ ]) Z
注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

- t) A/ }. S8 j% ?# _

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

3 i% A" p( X% M2 S

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

4 B4 V4 B: z9 D8 _4 ?7 u
05、其它重要波形测试

DRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

2 T! Y& Y- |* ]' T

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

$ ~% a' ~$ t( P

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

$ x/ @' U& }. Z9 |1 `8 p7 i2 c

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

8 c4 x7 c6 R  }& N) ]3 r
06、EMI 评估测试

4 R8 ?; g0 s+ ?) X1 v6.1、测试条件：
输入：230VAC50Hz；
  r* J# t# a1 `4 n输出：20V2.25A；
负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B
6 E+ F$ A$ _: Z5 X

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV

6.2
: q, {( T7 I- i% r输入：110VAC50Hz；
输出：20V2.25A；
负载类型：电阻输出低接大地，限值标准参考：EN55013、EN55022B
+ `; ~" |8 n+ l% A6 M  }5 c
) w5 V+ U( C' }$ y& y' \

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV