本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-19 18:03 编辑 * y$ n2 Y. q& ^" D! Q
( l. a7 s0 L' t9 g+ e, ~& w本文介绍了基于CR6900A的45W PD充电器解决方案。
5 [ R' {. a) [% [6 w% `( X. Q, _0 b% r, [$ 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！# ^+ l! [9 w+ }& o$ t7 P6 t
# @' |' y1 j3 V( F: K: n
01、样机介绍
# W1 N+ C8 `* }& J( `' A0 m7 C1 S. A2 L: | t8 R
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。8 u( H: k1 x" d5 y' ?
1 w* v0 ]3 p( B5 \, n- }# o. ` Z) l
1 j7 H; t! X% M: d& j) Z
CR6900A_45WPD 工程样机示意图 6 D$ a- ~- D- B4 @, L
CR6900A
: _9 n/ D5 h9 N1 L% r U; q( U8 m2 G% D: X* S
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。
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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/ t$ y0 n3 ^
* t. Q, @( B& a/ X0 W& E3 J0 A
主要特点
7 X: {8 ?/ x& L/ u* e9 x● 较低的启动电流
3 E3 `3 R$ g) G0 t; R- o● 内置软启动减少MOSFET应力6 v; D( ~1 J6 z- _7 J. C7 t9 V) |
● CCM+QR+CRM控制模式8 @: B: }) S, M
● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡
) x3 z$ ~" G2 f" y% n8 b! e3 L8 p● 内建频率抖动功能，降低EMI
" i2 \8 C; C% P" S7 ~* f r4 g● 内置65kHz和45kHz开关频率$ _, x" `# d* b( n" f4 H2 m
● 内置125kHz倍频工作模式5 X# d% T+ i5 ]/ H. i+ Z- J
● 轻载降低工作频率
. j7 m& A& W" X j$ f# t8 [● 可编程外置过温保护 e# L# f- w) d% V! r
● 最大输出电流限制
/ F& o) U# @1 p S● 自适应环路控制" K4 Y* a& D' P' ^- g+ j
● VDD过压保护和输出过压保护功能
3 ^# c* c4 {: p- K8 j7 a0 y● 内置前沿消隐电路
* |% B5 p* {* y; M● 内置输出二极管短路保护' K3 f, U( \& p( v7 I1 y. l
● 内置过温保护
1 V& |( F2 q. w" r6 ~+ z7 G& Z' ?● 过载保护
# L9 k W, u5 }% [● SOT23-6L封装
" }# U9 t2 w8 {% r+ T
6 j$ `( r& A( x( G基本应用7 a4 t2 T$ ?) v$ z! h
● PD电源! i* V0 y. O( m- W
1 ^( ^- s& ~+ Y" B, s
典型应用% v8 B1 P5 q( M0 d3 ?3 K9 L
4 l/ I1 U' e0 b, j
$ l! T. T3 c7 ~! e& Y管脚排列+ U0 I# }$ O L* W
# B3 O* \5 a7 O3 p, ^9 Z管脚描述6 \* }, C+ o7 ^. b
7 G2 w9 ~( d: f0 x! x1 s
L4 H/ n/ {0 M3 I: o/ H1 ^/ s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。
7 t% h G$ {- R/ _* G- |) M* c# {5 A" s3 |+ {" u
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。
" M+ Z7 u" e2 d% G
" k+ z5 q. h- v8 m+ M/ z- y/ c" X02、样机特性+ ?: `) `& ]3 y" O* v
- v6 s2 a- ~6 K: p( @1 J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。5 X2 l4 I9 O4 a* A
5 f$ M5 |8 W* t6 P
2.1、输入特性：
% a4 i) `5 G& x1 O0 Z3 Z( q+ T2 `
9 ]- W) ^1 ?7 J0 k5 O$ M2.2、输出特性：% Z M5 n; T' `; P
, |6 G6 u& K; B* R1 _
2.3、整机参数：; p3 ^8 E' z: g& Z) b5 n% g
- J2 x) n$ J v3 @
2.4、保护功能测试：
$ m0 C$ p: @7 d, ^5 ], K. [$ x3 x9 U4 p$ a5 I" v! p# u( J' ^
2.5、工作环境：
0 G' h0 q; g3 Q* I2 k# @) v* L* [8 A7 E+ x
2.6、测试仪器- k# J# n6 m( y5 v: N1 z# q& D
1 D7 |$ ?9 V5 p9 q4 `4 g! q' j
03、样机结构信息
+ G! k& T0 S; F I0 s
1 @0 o0 a# ~/ B( D0 K- s3 c: N% X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。) I( Z4 f, U& P
; s: q ]5 g% V+ j8 F9 x6 Y2 r
3.1、电路原理图及PCB 版图：+ l! g1 T' _' T3 t; v3 L6 {
（1）原理图：# Y9 \: p: [1 d; b( K
5 c' |$ m) i* u5 F: W ]. v（2）PCB 版图：
" B( A; ~3 Q% N6 m' Z+ P. e% d) L4 q h6 J( ]
9 {( K2 y6 U: ~0 o2 X3 k9 h+ u" P" o/ A3 n" F) U& [
2 W+ n% Y+ a. g$ B. b" j" L7 h# k0 H. B5 B6 ^
/ @. {$ y+ \7 H2 m3.2、变压器绕制工艺：
% D2 s" `3 R: q& v（1）变压器电性及结构示意图：
3 i6 @) m- S6 {* d l$ V$ C3 ]" \2 ]! Z5 F' j
# `/ F6 d- @+ a（2）规格参数：
& T, D6 A5 l1 {' |# E( |1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
; k( ?7 e8 q& z2）材质：TDK PC40 或同等材质；
% P, {0 @; t. [9 H( e& w3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；
" m$ ?7 X% Y! z; t1 H1 d4）次级: 三层绝缘线；
7 N( d( h7 a6 S% h/ r( P5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质；/ T+ W! S6 s' m. W
6）初级绕组感量Lp：0.56mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；4 S& W- c7 q9 t7 g6 V% h+ I
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）；/ B; `: u6 X p9 `
8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；
# D$ {) i. E+ Z! h7 L9）成品要求:浸凡立水。7 O6 y3 j8 V) P6 s9 ~9 @
0 ^! ]0 c5 T- [6 Y) X* H
(3)、变压器参数：
2 q/ c3 Q* Y) L0 x) x% B9 d) C) n/ C+ x' g
# q# Y# q' e" P: ?/ x: N. ~- i
3.3、元器件清单：0 w5 j* Z/ G6 ^9 b7 D- K( q
H, \+ m% e* K7 D E7 x& ^
3 }- Y& q @( ~+ b7 K3 u04、性能测评- [" S, o* |- O
. i& P( j& w: f: c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。
9 \: [& y1 h" W2 ]+ n4 ^. T
) y2 B1 W( l, ~; c4.1、输入特性：( }" F0 V0 F# @
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。5 k1 _8 P( {7 s" c& D9 o
/ ~- R' x- r/ O, y& a# O表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)
5 S3 U* F& U8 X; h L7 S" s
9 ^; S/ Y+ {) Y2 ]$ W8 J' @0 A x( o
表2、输出PCB 板端测试100%载下的输入特性
1 N1 Q d2 M( F& I1 y3 }" r! L# N2 S* @% g
表3、输出板端测试的效率特性:& P" \& q5 g+ O9 C
# C- }- E% O. B1 d4 p
4.2、输出特性：
, D& Y. ~* z2 z注：以下数据均为板端测试；# c( ^: v0 [* T4 v) o1 `( ]
& Z0 P: ?% y4 B9 k- @
4.2.1 线性调整率和负载调整率：8 Q3 t0 q( R$ X9 M" G# L# C
; e. y1 I/ I6 B8 D( t. v& S表4、线性调整率和负载调整率. o) O' [9 d [* v- [
5 }, ^8 S z) {( O; }0 Q% q# e$ q- e/ w( V3 v, Q W
4.2.2、输出电压纹波及噪音：
9 |5 l- J" [3 I0 q- g6 S% _4 h
) G" ^# E8 m* S/ m9 |! E. c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。! d0 T- W. Z9 n* C8 p. o# V
; x; `5 V- m# x! G3 |$ ]$ Z表5、电压纹波测试1 e0 `8 I# Z: }+ N- y
, M/ A: h; C Z+ l/ c! N5 g
! N! r: {% A# U5 D D- ?% R( y
纹波噪声波形图：
" A/ I4 v- v' j% g' U* k7 i0 \, e" o8 C7 c
Fig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load 4 X3 G1 g- t% v# J. _; L& X
Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load / L- M7 }- U1 M! _1 h P
Fig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load : h- E0 d _. e1 d
Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load . Z' L4 o: ~5 w7 ~3 S
Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load
2 \7 U( E+ s% }2 |Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load * e8 f/ A9 ]% P+ H/ \6 I' b
Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load / ^8 j% `+ F- x7 @+ V
Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load " J+ b0 q% H' E) c0 e0 L: Z
Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load
, _: x9 j0 X! B; x! H' D, H5 P- |
Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load ) X# G/ x3 G1 C* z. E6 Z7 `- c% O
Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load
3 ~0 q u0 N$ b) `% S. `& S
Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load
. a2 X2 ^( q( L: b
Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load
% Z# G/ H# K, A y8 ^
Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load
\ g* W7 l) g
Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load
# i1 G1 D# ~$ R3 h
Fig16：R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load
]% f c5 _2 ~( V$ y/ C
Fig17：R&N@ AC90V/60Hz,20V2.25A no load 0 S! Z P; ~6 l F0 C8 @* U
Fig18：R&N@AC90V/60Hz,20V2.25A 100%load 2 A( Q0 z9 F) Z3 k) R, ^
Fig19：R&N@ AC264V/50Hz,20V2.25Ano load , V7 L! k: D6 }9 B- r4 T
Fig20：R&N@AC264V/50Hz,20V2.25A100%load
! w& ?4 v4 W3 Z( J8 `( D+ G' H4.3、保护功能：6 ~! w9 F% _1 G+ K" H8 i) l
6 R+ L& U4 T! K
以下测试过流保护、短路保护功能。 o, w1 U$ K* ?( u
' }# a8 {0 D7 l9 g# G: v0 w7 U
4.3.1、过流保护：
2 M. Q/ A. `. ?
" _. `: O* k( ?4.3.2 短路保护：功率计限流电流为2.5A( P! a3 v+ W7 `! \% J5 ~. w
4.4、动态测试：1 D0 q% Y" u2 M; @4 \
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。
) W& |! Y& S! N: R; P
X3 N7 N q$ n: X0 Y7 \# y0 E5 e1 `. F5 [
Fig21：AC90V/60Hz,5V3A & o+ f# \7 n& N3 ]& K
- Z, _( [& @# n7 l4 C7 aFig22：AC264V/60Hz,5V3A # w- u! M, q. o0 e- @
Fig23：AC90V/60Hz,9V3A
, v1 S- e7 T4 u+ OFig24：AC264V/50Hz,9V3A
8 i/ ~/ \6 I0 @+ G$ u7 IFig25：AC90V/60Hz,12V3A 0 d |0 E+ Z% n g0 O3 [ S
Fig26：AC264V/50Hz,12V3A 1 K/ H) S3 N- O+ w
Fig27：AC90V/60Hz,15V3A . g/ e) Z0 `. m. ]/ r; J
Fig28：AC264V/50Hz,15V3A
+ K2 G. G: Y- G: P* _Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A
: a1 M1 P3 W6 P. y; z- kFig30：AC264V/50Hz,20V2.25A % k- w4 u8 n i. F$ s; X" u
4.5、系统延时时间测试' Z- ?0 k* i4 j: f
. o& l) R; z- m# ]4 U
注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。: K4 H9 b5 {# m5 e' ~8 F
4 D& i5 O7 [# O9 x0 k+ H
: ^% }7 H2 J- q; B; J' rTON_DELAY @ AC100V，100% Load
3 z! f& d6 r' c1 yTON_DELAY @ AC240V，100% Load
" f6 C+ y$ Q& F1 k3 V9 {TON_DELAY @ AC100V，100% Load # L) V3 |2 g( d0 N1 W
TON_DELAY @ AC240V，100% Load . @7 k/ m2 r! D( y5 L: M, ^
VOVER_SHORT @ AC100V，No Load # l D0 D# d! l7 G6 d( I1 [6 P8 Z6 e
VOVER_SHORT @ AC240V，No Load
' j5 U* P! j! n+ ^! n$ n- p( \7 T1 I: I7 L, E+ @
05、其它重要波形测试9 J4 E' E+ @+ y9 B: N
4 ^( V- X3 I, C6 d* IDRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：$ {- b5 b$ ~4 y7 K p
1 ?0 _$ y( {1 N! L% I; a
AC90/60Hz，20V2.25A 100% Load 1 i6 I; @4 ~- J R
AC115/60Hz，20V2.25A 100% load
1 I u' l2 B" X+ \7 XAC230/50Hz，20V2.25A 100% load ' w. u" E' ~/ z7 v5 Q# F9 K
AC264/50Hz，20V2.25A 100% load " _ J' E. m( X9 n! x+ Z
AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds ; n0 g3 A) m: V" @
AC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds
* H$ v7 m; c4 D! t2 V# V7 Z" S- c
1 _- R. I/ H$ T6 w% o06、EMI 评估测试
) C& z* R# |9 p* ~% _$ H9 ~! s
* W! ]7 p0 b" C9 v- z$ r6.1、测试条件：
z6 N8 f) a8 J0 F4 B# H7 \. n! p输入：230VAC50Hz；
1 O* o" Z9 R$ Z# X8 w输出：20V2.25A；
' g; G B2 D7 K, ]( \5 [负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B
1 E/ l( G5 G9 A% u) g5 b" E" d1 g传导L 线测试PK+AV
2 X" C3 ?! `# n/ l
传导N 线测试PK+AV ) Z" j4 \" x' p; ^" x* _, d
辐射测试PK+AV " s4 `9 @+ d# l2 b. L7 p
5 q% g& U9 }: ^. e4 d0 w6.2
& d( t+ |& d3 m$ B# n: z4 Y7 F输入：110VAC50Hz；, B+ S* n- Q7 k- a1 T0 X
输出：20V2.25A；
L" D- q8 @1 L! l负载类型：电阻输出低接大地，限值标准参考：EN55013、EN55022B# t4 M7 G# ~ m5 e
% l' t2 r: R. |6 ?
传导L 线测试PK+AV
5 U4 Q# V2 x! O/ z3 Z; {+ \传导N 线测试PK+AV
% X1 J1 y$ Y" n7 y# p
辐射测试PK+AV
+ F" G. ]4 X( f2 v | 
IP卡
狗仔卡
发表于 2022-4-19 17:30:07
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡