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

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. k" z, P% G( Q- \8 V( J" y本文介绍了基于CR6900A的45W PD充电器解决方案。

3 T  x1 G; o; ~3 n9 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！

01、样机介绍
4 v* L, Y$ G2 k2 p! W; K  c5 m" @
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。

CR6900A_45WPD 工程样机示意图

4 H/ s5 d# v% F1 hCR6900A

. t' u- N0 q/ Y5 l% N% A, ACR6900A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。
( B  f1 J; J$ ~9 d6 R; Y7 h5 Y
* V; O2 S5 I, V' O: _) `6 J1 F6 G主要特点
" @. k  X, e0 U: a6 ]/ B● 较低的启动电流
% c  P* i0 n8 d6 q6 F# h● 内置软启动减少MOSFET应力
1 z$ j5 L5 O1 t- o5 T) K● CCM+QR+CRM控制模式
● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
" d% F9 Q" t; S) W$ v● 内建频率抖动功能，降低EMI
; E: R% F( K" a  k● 内置65kHz和45kHz开关频率
( z0 V5 U% E# y1 ]/ n/ q1 |+ ]/ k● 内置125kHz倍频工作模式
" P4 M3 I  e. w( B● 轻载降低工作频率
● 可编程外置过温保护
7 y2 B2 h0 q# S; q) f% `● 最大输出电流限制
● 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
● 内置过温保护
# H7 m3 i3 N4 V( o( @1 ?/ T● 过载保护
; z: p$ `- s, `) Y● SOT23-6L封装

1 F- t3 F6 D/ }' a基本应用
● PD电源

典型应用
. V& f/ S  B( l4 J+ O+ H

5 f6 N% ?1 d1 V3 M管脚排列
. k( e) g* Y8 l

5 q- i" k' h2 A管脚描述
% O$ N& d2 |7 p( N* E: ~
2 o' G1 K3 r; L* n' k: Z) @  Z

/ x  U( Z! q, {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。

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。
, Y7 N5 V! J; q) X4 C  
02、样机特性
+ i  W6 H  G' e- }
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。
* z% c1 O$ `9 l0 D( G# I/ W0 \/ u# j# s
$ B$ l$ b  j/ ]* T2.1、输入特性：

8 M# B- y  M1 M! l3 {  ~+ ~4 n2.2、输出特性：

2.3、整机参数：
/ v, C: I2 t8 w8 T+ V$ U

$ c/ _- i5 J, ^  `8 n2.4、保护功能测试：

9 z( g" z, I1 n& w5 s: q; y: a5 H2.5、工作环境：

2.6、测试仪器
+ q* E. H4 T/ I. d6 O) X

03、样机结构信息
; y% ]6 y: L6 a5 ?# x
- g6 C9 _0 q  i, o1 v) o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 d1 G/ o- t, m3.1、电路原理图及PCB 版图：
（1）原理图：

（2）PCB 版图：

5 \: f( P; L) \' i7 U

0 e; X$ G3 @6 j

3 P- h- b/ ~  b( a' Q) l  B8 N3 K, r

) p: N8 I. s2 j6 g2 m

3.2、变压器绕制工艺：
4 `7 r% h" M! [1 z2 j) w（1）变压器电性及结构示意图：

0 A! i- q: j3 }+ r0 y

（2）规格参数：
8 x( y, w. U$ y3 }2 Z2 U2 B3 W- s$ k1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
. T2 b, J: b$ e2）材质：TDK PC40 或同等材质；
+ p/ w8 ?$ V2 k" D3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；
- K2 ]2 w, Q) t" s$ v) t4）次级: 三层绝缘线；
# g/ ^- f; U$ m/ |! h5 N; `5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质；
# v3 I' A* j0 @. V0 r6）初级绕组感量Lp：0.56mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；
/ O* \  a* {+ }/ e% V7）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：

8 {* d' Z* k8 B" ~, I' B3.3、元器件清单：
5 p5 w; i  T  n4 L" k3 X9 \

9 X: _: k2 ]8 G- l04、性能测评

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。
, W0 v5 t( p; u& @/ 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。
6 W. _2 w1 E7 [1 a
表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)

& ~0 q; m5 V8 }8 Q6 Y: L+ [% R
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:

4.2、输出特性：
8 e: h9 q/ y" Z# Z" f3 g注：以下数据均为板端测试；

6 B- _6 c( Y5 d$ w4.2.1 线性调整率和负载调整率：
5 ]" y& P4 e5 P/ l
, W0 }! ~. `6 i) h9 {/ P表4、线性调整率和负载调整率

4.2.2、输出电压纹波及噪音：

6 w. \1 d% `; ^5 Q: p( u! l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。
( D9 ]9 q/ Z  L+ J3 B: }$ T2 ~2 O: e* |
表5、电压纹波测试

纹波噪声波形图：
$ Q5 w: Y- ]! X8 |( a
$ m8 S* }0 Z; }; f

Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load

* I/ L# u( r/ U6 o* Q0 Y; a

Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load

Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load

; {7 p, Y. i/ g# t' _" U6 z' G

Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load

2 l/ Z5 Z$ a# \) |

Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load

Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load

2 h7 S; B  S# X+ H5 ?

Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load

9 G* ~6 u3 `7 W8 ~

Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load

Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load

/ F- g. j; p. C! K5 |- p

Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load

Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load

$ }( L9 G9 e" R& X: k

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

& A3 K- ]; ^5 c: Q  S3 m- G

Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load

/ S! U; k9 a$ N/ T

Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load

% Q, k  w- X; a0 B) x

Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load

% V$ R+ K7 [8 x$ j( W# }

Fig16：R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load

% F( [' `& v  }+ c! g0 i* R

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

1 Q& H# {" |4 h2 W' N

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

4.3、保护功能：

以下测试过流保护、短路保护功能。

4.3.1、过流保护：
+ t' Y( A' q' Z; C) V

4.3.2 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。

) z7 f5 b9 |, t

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

3 h. @9 }  v9 i! \

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

2 p% \- }1 i7 H7 ]! L% Q

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

2 N& ]( h& t0 L8 Y% ]  @

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A

4.5、系统延时时间测试
( d5 `0 m1 P0 D# O+ l
0 k& z- z0 J" V( m" f3 q注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。
: M/ z4 {3 R0 ^: \7 m0 a! u
" d; ]2 ^" P  k, }; R5 k! l5 b$ m

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

+ `1 t; o, ?3 I0 s1 }) i& Q7 u

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

* h! x3 ~* z- Y) r! S9 k& z. }
05、其它重要波形测试
0 y/ j- u, n( h
DRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

1 b% B7 @3 n' n" _  |

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

$ B8 M5 D% ~! C- S' g3 R

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

, ?& A/ g* J& `- q" g2 }  c

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

/ T) C6 O* ^2 r6 c

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

06、EMI 评估测试
4 g7 j6 H" `) N: Y- O
6.1、测试条件：
9 l; l- _" D' f( ]6 C$ c8 P( A) p输入：230VAC50Hz；
+ Y1 A* {" Y% K5 q1 [输出：20V2.25A；
+ y% |. N3 h+ B8 N7 `2 r1 T负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B
, q7 ?$ w) G7 R5 C8 d

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

- l8 |) [) s! D7 o) M. j

辐射测试PK+AV

6.2
  x$ _2 u# b- M3 Q3 d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

! {# D( c; ~0 w# `  I- c

辐射测试PK+AV

0 Z+ o* e  o" ~# a5 U4 h3 w: ~