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标题: 低功耗，多模式控制，绿色节能！这个PD充电器方案不简单 [打印本页]
作者: 思睿达小妹妹 时间: 2022-4-19 17:30
标题: 低功耗，多模式控制，绿色节能！这个PD充电器方案不简单
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-19 18:03 编辑
8 x$ C7 Z$ e& U V% X8 N/ |' T; Q" H$ L2 O: _8 d
本文介绍了基于CR6900A的45W PD充电器解决方案。
$ ~( l# _( x1 T' s. W
9 ~' H, `( D& _5 ~0 `( W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！: ]$ G7 U9 f! F& G8 v
% H6 g$ `. o/ j' W
01、样机介绍) ~9 \! g- m7 Z2 J' Z( j$ [. B
3 ?! ]6 w( o2 K
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。- q" v4 E+ |" y# w$ R- o
, _. g6 ^) c) r+ e6 w. A[attach]44209[/attach]
- _6 ^! m+ L" J5 @. C, o[attach]44210[/attach]
CR6900A_45WPD 工程样机示意图
* L0 \& M; q( `4 l! f6 P% q0 ^
CR6900A3 y, D& q1 `; \9 x+ f. n* }
/ \1 B) \: a/ }( a
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。
% F1 g% S0 F @# F( \) ^% o3 [4 A# U$ k @2 U4 ~+ q
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。
* F. T4 o) ?: x! g+ T
9 z5 \6 f4 D; [; e d: L. \- y主要特点
8 T) ?% W/ e k% F! i● 较低的启动电流
5 A# p( Z# W( R1 M! m& P0 Z/ R● 内置软启动减少MOSFET应力! H5 b0 G' ~. ]
● CCM+QR+CRM控制模式1 p9 ]" X- `, c; T3 G
● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡: c5 `5 P3 m/ q7 R, e
● 内建频率抖动功能，降低EMI1 ~ @+ z* f% l. i! p
● 内置65kHz和45kHz开关频率
, H2 i- o" i9 L● 内置125kHz倍频工作模式5 f; I: ]: m) q+ i2 S8 s8 x
● 轻载降低工作频率
$ @% M! |# G G● 可编程外置过温保护
0 A* ?0 A+ f" A" F0 U● 最大输出电流限制# m9 ^* D) y, \. \) j3 }
● 自适应环路控制
# X8 \$ c9 ^/ X9 N7 \( t$ \+ O● VDD过压保护和输出过压保护功能6 V4 f" e8 h+ x m
● 内置前沿消隐电路
; I8 b* \+ P6 b8 r( ?# [● 内置输出二极管短路保护
$ c; Y( T) b" v8 B5 T b$ m3 P5 q● 内置过温保护
5 M! w7 I# o. r● 过载保护- z) u | [6 T4 C3 s8 T, R& {
● SOT23-6L封装
9 k) N7 U1 o O6 p) B. f1 z% X, I/ b; C1 k+ G4 x6 t
基本应用7 ~: V: ]# W B# t0 W9 x7 V
● PD电源7 A2 E; t; Z- F( A. i; `
# S5 V' P% c5 p/ A9 E, B( [典型应用
+ G$ [4 {6 E/ v1 r
/ I# @2 i5 Y3 @[attach]44211[/attach]
% j6 a" p" n `% D管脚排列; Z1 t2 j) r' `% l
[attach]44212[/attach]
9 u2 o+ a# c1 m6 M8 A$ H- y Z3 m2 o8 |
管脚描述
/ _& t: g4 Q& n/ v9 e8 W. [) [& `8 K5 C4 z
[attach]44213[/attach]
% ^$ c5 |6 H; R, v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。- z3 q& H: v! o6 I3 f
, R2 k% J' G3 _; l% n7 A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。! B1 G' [9 T" Y! ^7 d4 F' r
0 {) a7 d! t) p, C. W- M* Z02、样机特性
% G) k/ U6 m: F0 }7 A$ @! H; q/ r
% m( h' y8 N/ n) p' D. b) s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。
p+ F; z6 D% H+ G) H# V) X7 f8 I0 |8 z& i: y5 N
2.1、输入特性：. B' i6 C7 E! s. [' l# z! z
[attach]44214[/attach]
# D5 m% I- ?# t- u$ Y. T) `
2.2、输出特性： R8 g9 u4 p2 n) K
[attach]44215[/attach]
$ k. z) N& u7 k* V6 Z6 \3 S% W1 B
2.3、整机参数：
8 E! ~) v: W1 l5 `! k[attach]44216[/attach]
+ r# ~: ` j, M- ]; B
2.4、保护功能测试：$ X8 {' m" O7 J |
[attach]44217[/attach]
( ]; n* N7 x, _# k
2.5、工作环境：- n0 k0 ~, |: x) ~% L5 M& b
[attach]44218[/attach]
0 i5 Y5 c. l: U/ M
2.6、测试仪器, I; y4 p* Z: S% g3 m6 y
[attach]44219[/attach]
* ?" v# C9 I0 \7 F2 C03、样机结构信息- n* S3 j( X" [5 z" ^% @
& ?. m$ y# Q! D% O% i
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。8 T6 S7 ~/ f, x8 r) y7 K1 l, F4 P
1 b1 n4 ^" A1 W% p$ G$ J+ A! C
3.1、电路原理图及PCB 版图：- m% U9 k2 f1 t: O1 x
（1）原理图：+ d# [# `2 X% I& q" K$ X
[attach]44220[/attach]
3 H- y4 }+ a- l( D
（2）PCB 版图：3 ]! \8 X$ y3 P, k4 Q% |
6 s) V1 {7 r& O4 O
[attach]44221[/attach]
6 U# l: k4 S- J% ] M: g; J
[attach]44222[/attach]
" _) P7 P* z/ B/ h' M" I[attach]44223[/attach]
' c7 e3 a! T1 N* n- c1 v' ]: g[attach]44224[/attach]
/ ]( b7 l' W) n4 K `7 Y* R
8 A7 _+ u9 P6 a. ^. ^6 |( c0 L3.2、变压器绕制工艺：1 ]+ x% U: [9 a5 c- u( P
（1）变压器电性及结构示意图：8 C2 C9 T V- P, z1 i
6 {' C; Q7 \0 A1 T1 v% T1 H
[attach]44225[/attach]
: b- O S1 y+ m2 \（2）规格参数：" a. _2 \2 j; E3 E5 Z
1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；8 T3 @9 ]& b5 l2 _: S) v$ l6 G
2）材质：TDK PC40 或同等材质；
) j5 j) O/ o T0 A+ g; z7 {- }3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；; W: `: _1 Q8 U9 ^/ c$ R# D
4）次级: 三层绝缘线； T- O/ L; B4 J- v' s
5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质；
9 S$ }# }/ g j3 n% O: {6）初级绕组感量Lp：0.56mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；
$ J+ {' T* ?& H% r7）漏感量LLK：要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件：0.25V，10kHz）；
' N' x' n* O% W# e- W3 R3 x8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；. W8 S$ P" u A; X
9）成品要求:浸凡立水。" I0 F) P( Q' D' g0 P+ j7 |8 E
7 O- i) v/ @: Y/ H! k: D# _# ?
(3)、变压器参数：
) o% A5 T+ x1 l. x' u7 m
% x" ]+ J7 v* o- k/ D* v! s[attach]44226[/attach]
5 }, O" g2 ~ p/ i
3.3、元器件清单：
- s+ `7 ^4 [' V: {% o( z8 W" F: h' u; f
[attach]44227[/attach]
) N; g- y" j' k# ~8 p ^7 G
04、性能测评
9 n" e1 c9 x) G
7 {2 V4 b: O5 `8 X0 W- \7 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。8 X" e5 D7 ] F1 o: n# ~5 O! I
7 R3 ~7 Z/ D1 m) s0 d3 J
4.1、输入特性：" d0 Q; F0 t8 B# L* ?
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. y. g: p5 }9 ^4 z" U7 B i/ i. y0 _
表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)9 m' \' y$ N- n2 i" B2 S9 Y
[attach]44228[/attach]
, R- g l4 l: C; P1 k% ?6 ^, g; J
表2、输出PCB 板端测试100%载下的输入特性
* w8 J; S' ]" p2 a0 X N5 N[attach]44229[/attach]
3 t+ [4 M- x) e, N- X" s表3、输出板端测试的效率特性:& @. U' a! T: i S0 E) b8 O% |
[attach]44230[/attach]
; A* `; _0 H* s& m" Z4.2、输出特性：
( I. C* V4 T( o# T1 A注：以下数据均为板端测试；
) H! _; o" n0 `* N/ t; t, l( [
# T4 e* u, v, O2 [. b4.2.1 线性调整率和负载调整率：9 n, h; X, }# o+ K
5 c( x' [- B, g: d1 l表4、线性调整率和负载调整率4 V& o2 m# v, t) S
5 j! r2 l3 A [ V3 G[attach]44231[/attach]
7 Z6 B/ ]) D" X4 B! [+ H, j; c) F
4.2.2、输出电压纹波及噪音：
: {- Q' `+ v, D( n5 W$ b) V
1 Y x% c/ B7 K- C9 Y. M$ C5 z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。
9 E) N% C: k" ?' f! M! U
8 c2 ]* G5 P" o; Q; k1 }8 ]* g. n表5、电压纹波测试3 j C" Q! a; w9 R" h7 @" A
( t5 k6 k$ p/ `9 }+ G/ f# h: ~0 k# s[attach]44232[/attach]
2 E' [: R" J. `+ W$ D
纹波噪声波形图：
$ b% |5 R, [5 {. M2 Y) V8 `' h* p
$ b" K. B) j; W, _/ i3 v: _[attach]44233[/attach]
Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load
" _5 H/ H& Q+ i8 K( @' f+ A
[attach]44234[/attach]
Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load
, y5 n; e' W& l( u+ x
[attach]44235[/attach]
Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load
/ K- r( J$ j- l- E+ k; ^9 `3 B
[attach]44236[/attach]
Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load
7 K [5 W, _, c; X% O! K# \! o
[attach]44237[/attach]
Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load
' ^0 z! y8 k9 ^# b[attach]44238[/attach]
Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load
( s d: B6 D/ C7 J
[attach]44239[/attach]
Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load
$ {. s/ J7 ~0 d3 m( d: r4 s) g
[attach]44240[/attach]
Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load
" v! W5 ^& ?; F F- r# R
[attach]44241[/attach]
Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load
( k& I% a7 ~$ l, P j
[attach]44242[/attach]
Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load
, M4 o+ C* `& x# L
[attach]44243[/attach]
Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load
8 e; X0 m/ {" q+ r& v
[attach]44244[/attach]
Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load
! E6 ~ `& M% W1 y, a& B, ^/ _
[attach]44245[/attach]
Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load
' t. o. R. x5 N5 Q. o7 g$ R& t
[attach]44246[/attach]
Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load
7 J- e( P% c% f5 p6 t
[attach]44247[/attach]
Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load
0 u' G" f) W3 ?7 G& _" {5 w
[attach]44248[/attach]
Fig16：R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load
. s% L% ?% n; c
[attach]44249[/attach]
Fig17：R&N@ AC90V/60Hz,20V2.25A no load
: `9 y; r( ?" L8 G# f
[attach]44250[/attach]
Fig18：R&N@AC90V/60Hz,20V2.25A 100%load
, X3 d T) n5 @4 u: d& i5 z- b7 R
[attach]44251[/attach]
Fig19：R&N@ AC264V/50Hz,20V2.25Ano load
8 Q; N5 u( p5 a
[attach]44252[/attach]
Fig20：R&N@AC264V/50Hz,20V2.25A100%load
9 v" `2 |( c# D. Z+ R1 ~( h4.3、保护功能：
- m1 a" L7 f) [: f. Q5 i- d
; H* q& d( H& E' R. d以下测试过流保护、短路保护功能。) f8 X O, t# _$ L8 p
" t( b8 b+ P; B1 r4 Y- u4 u/ H
4.3.1、过流保护：3 o8 P0 z) N* j' B
[attach]44253[/attach]
" {; }2 l' Z6 r9 l4.3.2 短路保护：功率计限流电流为2.5A[attach]44254[/attach]
! d4 g, |& [! ]) C4.4、动态测试：8 O/ ^& J1 @6 `: T
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。0 a9 \# I. K% ~/ |' h
[attach]44255[/attach]
2 y# y) E3 S& N+ q$ u[attach]44256[/attach]
( i8 w5 M, A" q% ^% r
Fig21：AC90V/60Hz,5V3A
1 Q2 ]! z) m* W& S4 e3 E[attach]44257[/attach]
3 m t5 c( z( [7 t
Fig22：AC264V/60Hz,5V3A
" @ l/ X, f9 H+ D$ g
[attach]44258[/attach]
Fig23：AC90V/60Hz,9V3A
2 J# r- m$ S) F9 l$ H[attach]44259[/attach]
Fig24：AC264V/50Hz,9V3A
3 Y1 q0 G ?+ Y) m+ y; \/ N+ G
[attach]44260[/attach]
Fig25：AC90V/60Hz,12V3A
+ k3 i$ U+ N) {/ D) e& n( W
[attach]44261[/attach]
Fig26：AC264V/50Hz,12V3A
/ `* e1 U2 ]( _, A1 U4 y, p2 n) [[attach]44262[/attach]
Fig27：AC90V/60Hz,15V3A
9 x9 e3 J1 V% x# O$ z4 ^1 d# C: U[attach]44263[/attach]
Fig28：AC264V/50Hz,15V3A
# s' W* A" s( ^) d8 c
[attach]44264[/attach]
Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A
8 W7 V0 t& Z: }& p: x* }[attach]44265[/attach]
Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A
! @ B; C- l' n$ ~6 B! o" k4.5、系统延时时间测试
3 _8 K x0 U- ?/ Z# y, K6 l4 P" [
8 b% H8 z I+ H; D; w注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。
6 W* K" w8 h0 ]* `8 d$ J# S* v7 D& P+ v; _- f
[attach]44266[/attach]
2 {: G# B7 j" D5 m; g[attach]44267[/attach]
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
* W+ g6 v: J3 b0 U3 S" X `
[attach]44268[/attach]
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
5 J6 P# f$ X1 P$ `[attach]44269[/attach]
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
# _7 C- v% ^0 d/ v) e[attach]44270[/attach]
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
' E( D- s) }4 V/ J/ K4 b" g- F[attach]44271[/attach]
VOVER_SHORT @ AC100V，No Load
0 Q$ q; Z# S2 V/ x[attach]44272[/attach]
VOVER_SHORT @ AC240V，No Load
1 O2 k3 V7 O& r
0 q, D5 u/ _( @7 Q0 n05、其它重要波形测试- g- w( T5 l M. ?2 ]5 `6 r8 V. o" m
% s; d% @) U- _- S# j3 E' Y$ |DRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：
. P5 `2 |( ]% ~7 }+ X# a1 v6 ~
: Y3 j2 i# U$ O9 z9 t[attach]44273[/attach]
AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load
5 ?( w$ s1 w% _[attach]44274[/attach]
AC115/60Hz，20V2.25A 100% load
; O! ?) T) F- O$ |; [1 y
[attach]44275[/attach]
AC230/50Hz，20V2.25A 100% load
4 i4 D# m8 t5 t: r* m Q/ }% i: `' @9 d[attach]44276[/attach]
AC264/50Hz，20V2.25A 100% load
% V. C( \- C; ]: d
[attach]44277[/attach]
AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds
) ~# d- |4 s% O! m5 L[attach]44278[/attach]
AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds
9 `& R" w5 E! s; }( V# Q. R, v' T" e9 d( @; q
06、EMI 评估测试
: a5 Z" \ q6 z; u% r5 N* M! z! F) D
6.1、测试条件：* W5 R6 C# u& v( G+ s/ t4 b
输入：230VAC50Hz；
. G \+ b+ u ~: X" z8 m+ M输出：20V2.25A；
# u0 {: }3 g9 v' C负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B b# Y' p3 T. i( j! A, i0 |
[attach]44279[/attach]
传导L 线测试PK+AV
) \) F& D1 d) h7 a" H
[attach]44280[/attach]
传导N 线测试PK+AV
# j. \& G: |# W/ t* ~[attach]44281[/attach]
辐射测试PK+AV
$ u' j) s/ |& u G0 }
( ] K% F t: E, j) ]4 }# [ t2 ~6.2 % r% x: t' q7 p; [7 u
输入：110VAC50Hz；
u; x$ y9 j- k输出：20V2.25A；- }! x7 {, ]' M8 c9 Z. U) H4 ~
负载类型：电阻输出低接大地，限值标准参考：EN55013、EN55022B
- x3 c& J. C* x) v$ ?& M# y, D; }5 b1 N5 t
[attach]44282[/attach]
传导L 线测试PK+AV
$ v; ^: ]; b Q c1 y$ u[attach]44283[/attach]
传导N 线测试PK+AV
% E$ R, o8 J+ M2 e9 g- e8 N
[attach]44284[/attach]
辐射测试PK+AV
0 F" H) }$ W8 o' b: R$ p
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