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！
01、样机介绍
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
CR6900A
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。
主要特点
● 较低的启动电流
● 内置软启动减少MOSFET应力
● 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
● 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
● 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
● 过载保护
● SOT23-6L封装
基本应用
● PD电源
典型应用
管脚排列
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。
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
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：
2.2、输出特性：
2.3、整机参数：
2.4、保护功能测试：
2.5、工作环境：
2.6、测试仪器
03、样机结构信息
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。
3.1、电路原理图及PCB 版图：
（1）原理图：
（2）PCB 版图：
3.2、变压器绕制工艺：
（1）变压器电性及结构示意图：
（2）规格参数：
1）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；
5）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。
(3)、变压器参数：
3.3、元器件清单：
04、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。
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。
表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)
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：
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：
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：
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
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
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
Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load
Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load
Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load
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
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
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：
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。
Fig21：AC90V/60Hz,5V3A
Fig22：AC264V/60Hz,5V3A
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。
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
TON_DELAY @ AC100V，100% Load
TON_DELAY @ AC240V，100% Load
VOVER_SHORT @ AC100V，No Load
VOVER_SHORT @ AC240V，No Load
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
AC115/60Hz，20V2.25A 100% load
AC230/50Hz，20V2.25A 100% load
AC264/50Hz，20V2.25A 100% load
AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds
AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds
06、EMI 评估测试
6.1、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
传导L 线测试PK+AV
传导N 线测试PK+AV
辐射测试PK+AV
6.2
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
辐射测试PK+AV
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