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

本文介绍了基于CR6900A的45W PD充电器解决方案。
! X# [) }" c1 e5 K: s& X
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

0 A/ u/ n. n5 Y0 ]8 g. i5 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。

$ g/ L5 v; A; P$ q+ Q: F

2 Z; g3 r. V; h+ M! k2 S5 ]0 l1 s

CR6900A_45WPD 工程样机示意图

# _* i; {6 v! PCR6900A

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。

( Y1 |* i0 D3 x4 U' O' @6 xCR6900A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。
- o/ n+ Z1 E2 x
3 [( S( }9 `" n6 @6 k主要特点
● 较低的启动电流
● 内置软启动减少MOSFET应力
+ v9 O% A" x+ x0 A● CCM+QR+CRM控制模式
8 \: u6 F0 J+ s* Z0 W7 W4 i● 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
● 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
9 R3 V( j. q: }' O# H● VDD过压保护和输出过压保护功能
1 t& C4 ~% `) g" L● 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
8 L8 Q# @( L. I/ s: i: M9 Z
# H; l/ Z/ d7 x基本应用
! p  A3 m' o4 K! p' G● PD电源
# ]$ t" p- L0 M- R; f
) s, `5 p( V- q  l9 K0 R典型应用

管脚排列
, f9 E' V9 U1 W' }

管脚描述

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。

+ J- m2 l& \2 C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

# v, K- C! p' s6 w1 u' G* C: P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。
% d9 _& E, p9 A, p% r
2.1、输入特性：

; k! n4 @% C  M2 W) H" i( D2.2、输出特性：

2.3、整机参数：

/ U# l8 O) o3 a1 h2 C% w: a4 d2.4、保护功能测试：
8 ~0 A; f0 E6 m2 k7 c

+ v0 N9 d) q& r4 `1 z4 U2.5、工作环境：
; H9 U3 \7 Y4 O% w

2.6、测试仪器
2 w; c8 {! O; @4 B

03、样机结构信息

; p( g! L$ u" T  r6 A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 u7 b7 X8 r& }6 E, N
3.1、电路原理图及PCB 版图：
8 S/ n  B! i0 u& Z（1）原理图：

（2）PCB 版图：

  L! u1 p) s9 j- n$ v7 O, K

0 Q/ G+ f; w; y  z' q4 ?7 L& ]

, `2 t8 u$ k1 c/ m# X

8 `% c; I* l8 s, I3 G3.2、变压器绕制工艺：
) c# L# U0 Y! {6 X& b（1）变压器电性及结构示意图：
5 J% O* X8 A  C2 g
. p1 p6 z$ V" k; @# y) V

: \$ a% u5 }  ~! V* q; W2 W（2）规格参数：
, Q* i  r* i  T5 N' f; S3 b  m% I  o  F1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
/ Y0 @/ j- j1 {  I) M* {. y2）材质：TDK PC40 或同等材质；
3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；
4 V5 H' `, [7 N# v0 B4）次级: 三层绝缘线；
1 v, g" w+ T/ l' h8 B1 Z5）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。
0 ^- g: }. \# J& Z7 o
" [; s3 {5 }3 Z5 N% S6 Z! K(3)、变压器参数：
  v& E% ^! o% n( R2 j. Q: `

* ~2 s( V, s0 Q0 S% W0 B) R' q3.3、元器件清单：

04、性能测评

: U. y, [8 \# B" e; @4 B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。

3 M, b7 U8 i7 R' I4.1、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。

表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)

: t. Y+ z" v/ N: k! F% N0 |表2、输出PCB 板端测试100%载下的输入特性

" o) R9 `; ?+ E7 T0 X) C表3、输出板端测试的效率特性:

/ i9 ?5 n4 A4 K  F- Y* k3 b4.2、输出特性：
注：以下数据均为板端测试；

1 \% z. ~8 R2 _  E4.2.1 线性调整率和负载调整率：

' V. z7 A4 ^$ I1 m3 S" E9 S/ z表4、线性调整率和负载调整率

' m% a" K; Q4 S( G8 w3 T2 z( b

4.2.2、输出电压纹波及噪音：
; ~4 q6 J5 T( X% @. M
; n+ ^: w- m  J6 M* b0 K2 R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。
* X& s9 _0 r& r
表5、电压纹波测试

纹波噪声波形图：
8 l, }; w* [& U( {' r

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

Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load

4 M- T" ?' }$ X6 l9 V* J+ F# Y' A. e* g7 J

Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load

: O* \9 ?' G; t; n. k8 X

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

  U, r+ M" A1 J! o  W, L* a4 ]& \

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load

Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load

Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load

0 @3 P. l; n1 k5 ?

Fig16：R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load

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

$ I+ |' i0 E" g

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

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

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

( H/ H# }8 l% a4.3、保护功能：

; ~- t* m0 `5 e* _: ^/ z, P% E! _以下测试过流保护、短路保护功能。
: C2 s5 T/ m+ q
4.3.1、过流保护：

3 J( w1 W* U# p, V/ L# |+ T4 c4.3.2 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。

8 p* I. a& \# z9 ~- X8 E0 U, d

3 \/ K0 p- |2 X1 E

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

9 T5 _( ^- B7 ?" m! ^5 s9 V/ n+ Y

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

) V, V' h. H9 P8 Z, C' p4 T+ I

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A

4.5、系统延时时间测试

注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。

- u5 Q5 a& [$ m, I* H: v% N; W+ h

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

% i! Q  N' L' G4 v4 L" r

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

; Z4 l, X: H6 U' c/ M- p% ]

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

" p' g1 s# k9 U9 P8 A

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

* i% y  Z8 G- F6 Y, m
4 i9 l) K. I6 A7 M+ O8 d05、其它重要波形测试
, h3 ]' \# n3 q5 Q9 C
7 \  d" x0 E) h" a$ E/ ^  w4 s8 `DRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

1 W, ~# _, Q! b8 m( k) e

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

, ^  ]6 o) I6 S

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

) m" X" A* x+ k
06、EMI 评估测试
9 q6 |0 |/ L- |) {% K$ C
1 l6 x( N# Z  Y2 b' ^0 }6.1、测试条件：
- o* [, ^2 s2 E2 w+ r6 I" ^0 ]输入：230VAC50Hz；
输出：20V2.25A；
5 ~8 \2 B  Y7 c- I- o5 ~5 Z负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B

传导L 线测试PK+AV

: C$ Y  Q, v* N3 X7 R' N

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV

+ d# ^" X$ {3 s6 z0 f( ?1 a, b# k
6.2
0 g, v% w1 }3 F) y$ B7 f+ c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

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

- Q: ~2 i+ c! Y* L

辐射测试PK+AV

/ j8 L4 J2 X2 k8 [5 a0 U