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。

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！
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) K" J2 H, S* Y9 k5 k0 H& l7 U01、样机介绍
" q! X. Y0 I2 f% T/ E: |* y
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。
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CR6900A_45WPD 工程样机示意图

9 U; [2 M5 ]; C' f' f8 T- L6 L( WCR6900A
) P3 Z- z. {# G, Z5 Y/ j
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。

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。
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主要特点
5 N9 G  ]& B; a/ z6 N4 A) f● 较低的启动电流
● 内置软启动减少MOSFET应力
3 h2 Y$ ~1 j" Q2 u* K$ u● CCM+QR+CRM控制模式
● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
0 S1 w4 m3 r  o+ V● 内建频率抖动功能，降低EMI
2 g5 G% T9 ]% P/ ?: x● 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
- a2 L$ r3 v" w; e% L! h● 自适应环路控制
● VDD过压保护和输出过压保护功能
& v1 \+ q" u& M: }# ^● 内置前沿消隐电路
2 G/ ?4 K$ h4 v* @: D: y● 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

基本应用
● PD电源

! E9 W1 @& y/ t9 d典型应用
* O3 a0 a: ^+ [$ `

管脚排列
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& g  Z0 }$ ~+ @- _) \. S- a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。
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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。
  
  R& q% b% A+ r# G2 v- ~( ?# V02、样机特性
" [- z4 M- C. B( z) y5 R8 q
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。
8 ]" n% s8 A3 e  U
" b) N3 V& q# \( D7 I% q( \% e2.1、输入特性：

4 H4 x4 m: e( W9 X% x2 d2.2、输出特性：

$ K, N1 h/ h% ~2.3、整机参数：

$ T% D9 t; R; H% S, w2 Z2 S1 e2.4、保护功能测试：

2.5、工作环境：
) H! L5 q7 t) ~& @+ x" G7 C: ]7 c

2.6、测试仪器
) [# U9 T' L% f

03、样机结构信息
" d8 A3 Z) T2 L) n/ }" h/ R
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 S6 X( i& u0 g6 V1 z; [
3.1、电路原理图及PCB 版图：
（1）原理图：

1 o' _) C* v, F0 \（2）PCB 版图：
2 I( B8 m) Z2 M5 n+ D# ~7 ~0 m

; o3 W( ~% C+ A4 D- w' K6 d

7 h! V0 @3 @% K/ z& ]& c8 a( D2 C

4 U) h2 k% |- W/ |
8 ~4 J3 W0 a  E+ K! |+ A" H3.2、变压器绕制工艺：
（1）变压器电性及结构示意图：
( @+ c. s1 J, h

. P/ t2 `, S1 K( I1 Q* k( \（2）规格参数：
" X! Y' C8 ~- h, x: v5 J  U1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
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；
1 A+ Y. S0 |8 v  h& l- }5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质；
  I) J3 M4 U" J+ V6）初级绕组感量Lp：0.56mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；
6 w& ^. n* I0 C! J5 ~* G) @7 ~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）；
* G4 u+ Q8 H0 E) h1 p  f) A8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；
9）成品要求:浸凡立水。

& q- E2 C" _& ]9 S+ O! s/ d(3)、变压器参数：

3.3、元器件清单：

; ^$ w' ^4 o* c& }2 Q* C5 C, o

! C' ?$ u4 z9 u04、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。

5 j. `- h3 A) _$ x1 T4.1、输入特性：
% V) v/ ?/ g5 ?# O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。
7 J' o" G) v$ \1 v3 }( W* O
表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)

6 ?' m! i  @7 ~# B  \; E6 h7 K" D+ a表2、输出PCB 板端测试100%载下的输入特性

; Z' h: Z- ~7 k6 C1 {2 {& a' g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；
. P5 O: ^+ Y  l0 I
4.2.1 线性调整率和负载调整率：
/ `1 C$ W) Q$ s) q/ H6 s
表4、线性调整率和负载调整率
$ Y  i: l! d$ N9 u4 C- l* _$ j
" a* n) v: r( E7 w

4.2.2、输出电压纹波及噪音：
* _5 _. k1 G' M
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。

表5、电压纹波测试

: t6 G1 g6 u6 C& b

纹波噪声波形图：

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

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Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load

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Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load

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Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load

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Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load

Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load

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Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load

- `7 h1 D- ]8 ]! Y7 u  w

Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load

Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load

Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load

4 e; x& M( w# b+ y: N

Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load

Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load

Fig16：R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load

7 {$ a1 d# d6 g5 W

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

- e( l1 k7 q9 ?2 Q

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

$ q+ B/ K  |. u7 N

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

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

4.3、保护功能：

, r  B) T+ Y3 Q7 Q以下测试过流保护、短路保护功能。

4.3.1、过流保护：
  }. i6 X! T, F; q3 J% D1 \

4.3.2 短路保护：功率计限流电流为2.5A

4.4、动态测试：
9 Z2 |- S5 M) ]2 p3 y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。
9 q4 b: j* ?3 n7 C

6 O* ^" T! U! z& G

  g- e" \: ~0 h" ]1 h' }' G

Fig21：AC90V/60Hz,5V3A

7 A0 V+ o4 ~! _9 i

4 Q: Q6 y: \) f3 [( ^& {3 Y6 h- C

Fig22：AC264V/60Hz,5V3A

2 s( F7 y: Z9 r# a- d

Fig23：AC90V/60Hz,9V3A

+ t$ O. h4 M0 \: h* w

Fig24：AC264V/50Hz,9V3A

# w; v& K# ]( \7 |

Fig25：AC90V/60Hz,12V3A

1 Z3 z  e7 C% T7 Q3 ?! C

Fig26：AC264V/50Hz,12V3A

Fig27：AC90V/60Hz,15V3A

Fig28：AC264V/50Hz,15V3A

7 s: g( p2 L2 c+ f8 e# a& Y

Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A

: W5 E# ~* D7 ?. v

Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A

4.5、系统延时时间测试
8 J0 J! x; L/ w' M& s) o
: x- s9 k) m( u! R注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。

( R$ k. b# ?) X

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

) @, @/ [) Z) x

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

+ y* d& c1 g% ]- j9 Z" k+ x$ `8 x

TON_DELAY @ AC100V，100% Load

TON_DELAY @ AC240V，100% Load

VOVER_SHORT @ AC100V，No Load

VOVER_SHORT @ AC240V，No Load

# P' D1 |- R  }6 [05、其它重要波形测试

/ ?" ~, c6 t2 ?* z# `* B$ ]DRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：

. |. K8 A* }; U

AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load

AC230/50Hz，20V2.25A 100% load

# K' x6 T$ b# z! S6 T1 b, W

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load

AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds

& R" u, S+ J+ Z. Q! ~2 k( Z
5 B& `& t/ a: @06、EMI 评估测试

% a! U% \" S2 |# b) q8 w6.1、测试条件：
输入：230VAC50Hz；
输出：20V2.25A；
负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B
- k7 Z# O) \# k4 ~/ P$ x! M% T! r9 ]

传导L 线测试PK+AV

9 w  t& u! p. s" R

传导N 线测试PK+AV

辐射测试PK+AV

3 Y( Z: T3 v8 I
) J8 Y' x% D, ~+ x$ @6.2
7 A" e5 x( N) Z/ U0 Z, V7 {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
1 V0 ?+ j# t- Q# @

传导L 线测试PK+AV

传导N 线测试PK+AV

$ Y; S1 Y  N6 l/ l& L! ]6 h

辐射测试PK+AV