本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2022-4-19 18:03 编辑
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本文介绍了基于CR6900A的45W PD充电器解决方案。
! f& F6 L$ p$ N% w+ H
0 m' c1 ^! }6 r7 I4 {; v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！
, g; P4 w* ~( e$ M. U* x1 }0 F% U) ?- g$ n& A0 T6 E
01、样机介绍; |1 ~1 u5 {. n$ Y7 k
- F7 H9 n2 C- J7 q
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。
' A8 h3 s2 R3 n# X0 b: x$ j9 A0 Q/ d( e! c' O# U
; I% |, _2 a6 f: }/ `( T( c
CR6900A_45WPD 工程样机示意图
; J" ~7 s) [6 e ^6 QCR6900A1 c! ]* T" z% K m2 P
1 _: R9 l7 {$ @6 g3 w* F
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。- S. g: A& |9 s7 c
' z: j* J. ~$ s1 x5 x, o |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。, i5 a/ Y& g H3 M* H$ u3 A
0 {/ o, r% Y7 @: ?/ q: l9 F6 I' v主要特点, P, Q8 M, N) Q) O6 b0 O
● 较低的启动电流
$ j# [ G- m, R. X* l● 内置软启动减少MOSFET应力. n A# }0 b6 g0 Y/ n. |. k
● CCM+QR+CRM控制模式) h( N6 I9 `2 z4 g1 i
● 内建同步斜坡补偿，消除次谐波震荡: `: w- W6 u8 V# [1 u
● 内建频率抖动功能，降低EMI; H! h) p: q4 v; ^1 s% T
● 内置65kHz和45kHz开关频率
; i8 G, T; Y4 S4 H) e● 内置125kHz倍频工作模式) \1 |0 s8 |# n) w7 l! u
● 轻载降低工作频率
# n/ W* w O& ?- D* I5 s: A● 可编程外置过温保护
3 \+ r' H/ Z1 ^8 M/ _# `● 最大输出电流限制
8 O% s+ |0 b. [+ h- t1 \9 V● 自适应环路控制
# x9 y% r, O7 a9 r, ?! P● VDD过压保护和输出过压保护功能" L9 I' {# e3 z* V+ b% ?" m
● 内置前沿消隐电路* U* n$ e0 a5 q; E. m
● 内置输出二极管短路保护
1 N3 s, C! A9 p/ q; g; m0 e9 I● 内置过温保护0 D, h# h; l, C
● 过载保护$ i7 Y4 O: L( O
● SOT23-6L封装
! ~- ~2 q$ z4 D8 L1 Z6 e# B' l- U) q! ]( L: n2 C
基本应用
; V) m& U* j# p' q● PD电源
+ y+ d R5 L/ F4 G* Z2 K/ j* x% O
) F. K- e+ a7 M8 I$ z3 \典型应用
5 @+ A+ y7 L7 R. V+ r* R) P
$ t$ b V- y t N, [( @$ Z1 d b
1 {) _' {9 k1 t% C! B- g管脚排列
& S$ D* a# b0 H4 |' Q
" q4 O& E. r; |; f( c9 Q管脚描述% i7 V6 `+ _6 K% @
* ~; S1 {+ f# O# |6 _
1 S) m. n$ q5 c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。
- r" T+ d, L& Y( G% d- ] Z. i" _( Y6 M% W
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( I. u% m ?& {- R# n, }
2 G+ N- M$ Y) }9 ~) Y8 X02、样机特性
' ]: A# S) d+ T/ q2 D% P) Q) B) O- I6 s/ Y8 K
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 N d9 j7 K. `2 Z$ G8 h" _
& K1 S6 m' \% |( K! G1 d
2.1、输入特性：
1 X/ `# g7 o& B( Z9 Y( N7 @0 E; B; P9 o/ K1 f+ Q3 z
2.2、输出特性：
3 j+ _! b# d# i; W2 g
/ ? R5 T$ B% @% [2.3、整机参数：
' d$ o) N4 ^0 u3 M& k1 |0 v5 g; S" E6 |7 q. V+ ~# K
2.4、保护功能测试：
3 N. l5 |: v1 P `
! V, ~+ U4 m. M, y( U: F2.5、工作环境：
1 L% p9 X$ U4 f$ b" m% ?9 B6 L! P9 \5 s; a, G: a( s/ Y
2.6、测试仪器
) ]1 C) [2 \) m ]/ t
3 E$ a$ P$ N, ]# c0 u3 _03、样机结构信息- Q6 [7 m0 v, T3 W* L% ]
: i0 O ~9 V+ Z% [
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。/ [: f d- L8 V" V
0 @$ e, O1 _2 ]3.1、电路原理图及PCB 版图：
4 P& ~8 l3 {, a+ ]3 p（1）原理图：3 x9 r. p4 C/ `' V5 w ]
, f; S* w1 G# U: \& K! K8 ?% V9 D
（2）PCB 版图：
' ~) Z( k. i6 [& R8 P
% L+ k- ]- {( F" k3 ~/ _, H6 H* _
! U) F5 q% M+ {( o! p/ L% U! c, n% O0 E% U" i0 J) O3 G
! M2 e5 c3 K0 O& |) Q( M3 @$ o9 m/ A1 S1 I3 }
3.2、变压器绕制工艺：4 G8 A2 o: ]& u8 J
（1）变压器电性及结构示意图：
, f }* y' U% [/ L* @/ b; a: n8 } V( M. L
$ U) X4 t' l6 g S（2）规格参数：
3 n/ S6 q2 W1 Z0 q1）骨架：RM8 立式（12PIN）,Ae＝64mm²；
3 U, i i I3 I2）材质：TDK PC40 或同等材质；
' C: W4 [5 ]9 o0 [+ y4 y9 b2 Z3）初级、反馈: 2UEW 漆包线；: l5 M. h- E% f& K j
4）次级: 三层绝缘线；
1 y) x4 [+ x6 F5）绝缘胶带:3M1298 或同等材质；) U1 L6 s7 p0 y& K$ m
6）初级绕组感量Lp：0.56mH±5%（测试条件：0.25V，1kHz）；
4 y B$ ~" K; X0 g0 o4 C7）漏感量LLK：要求控制在初级绕组的5%以内(测试条件：0.25V，10kHz）；/ K4 b- `& F. g) R0 j4 ]% H G" t
8）耐压测试= 3KV 5mA 1Min；9 y9 M9 Z1 F' ^1 p2 }
9）成品要求:浸凡立水。
8 D2 \6 A) \% M9 o; u
# p& W0 I2 }& v4 t V4 \ t- ?(3)、变压器参数：
2 Y& b* u& s$ u5 e$ s# ?8 K, f" B; i/ a' g" L1 P/ {( p7 O
- N9 X& X$ |4 e! |# V. V, U- _, x3.3、元器件清单：0 E( z: | d, E0 e
' f+ t7 Q+ I+ E0 A. D3 t- x
+ g; ]/ e0 p2 _1 \# P) E4 H
04、性能测评
; }/ X- M+ R: z* e- M7 E' D _' f7 _1 `, p: _! k b0 L [) V
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。6 ?( x+ q' X. ]+ q$ B6 k
4 W( U r* P3 y% U& y4.1、输入特性：
2 q# q4 n5 C) y, O/ P, l9 F. {" x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。0 J6 J1 v, y0 M6 i3 @( O. `
3 Y9 X1 ~% v& z& v
表1 、无负载待机功耗(输出5V 时)
) ?, I% J ?7 X+ s$ [4 p9 v4 ~
% U; ]: D/ l5 D3 L: ]) A
9 {8 s1 J4 y( o h- p. Y表2、输出PCB 板端测试100%载下的输入特性
7 U+ @5 N9 A! k' v1 W
3 H& C. [$ r4 U) o4 X) [6 i5 R5 x表3、输出板端测试的效率特性:
+ J- X; I. l7 C N2 P6 f
+ @# B1 E+ {% f+ h. [1 ?/ K4.2、输出特性：, Q- A6 C O" D" A' N8 G: e& }0 j
注：以下数据均为板端测试；
/ l& s8 [4 ^7 ]6 m
, G W' k) O6 L. w: p( T) S" K4.2.1 线性调整率和负载调整率：: R) u; ]- y- X3 j
. ~' N+ a4 z8 h表4、线性调整率和负载调整率" {6 K) g0 J0 b- b8 ^) t7 A% w
1 e8 C0 I9 ] l/ {- q Y' Z) F% Z! c/ A1 P
4.2.2、输出电压纹波及噪音：: w8 z; j7 Z m8 }/ f. V, m
( K4 V/ _% E5 v( {" V$ O
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。
: @+ _6 D( }( ^" h; e4 b" E% f( w: y) D5 v E( v
表5、电压纹波测试
( [% }4 W. q M1 l M3 o+ t
8 [, C4 w$ d# ]
+ ~3 I+ [6 N+ m+ j( H纹波噪声波形图：1 I7 `! z Q @: C
' f( q/ J+ U* HFig1：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A no load ) k+ w6 M5 @3 \
Fig2：R&N@ AC90V/60Hz,5V3A 100% load
1 ~& B; F# q7 ^& Z2 b0 fFig3：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A no load % t: m m7 c3 u% r( a
Fig4：R&N@ AC264V/50Hz,5V3A 100% load
0 `2 M. j( k/ P1 O3 M( U# {Fig5：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A no load $ m' z& s! t. r2 s8 f
Fig6：R&N@ AC90V/60Hz,9V3A 100% load
5 j9 z' c) Z2 }: e2 ^6 U- `
Fig7：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A no load " J3 q( [% \4 a8 a- d
Fig8：R&N@ AC264V/50Hz,9V3A 100% load
- Y9 K4 g+ z+ ?2 j
Fig9：R&N@ AC90V/60Hz,12V3A no load
" s& [, i; N: ] M- \
Fig10：R&N@AC90V/60Hz,12V3A 100% load
, _3 h5 e: Z' V" f* O
Fig11：R&N@ AC264V/50Hz,12V3A no load
7 W7 H4 g3 e6 }8 V* {5 b* T% o3 K& m
Fig12：R&N@AC264V/50Hz,12V3A 100%load / n( Q3 K/ X6 A3 {. T
Fig13：R&N@ AC90V/60Hz,15V3A no load
% I7 B/ r: ~" I& b
Fig14：R&N@AC90V/60Hz,15V3A 100%load ; S6 H0 V' z' e0 `
Fig15：R&N@ AC264V/50Hz,15V3A no load
/ ^4 t: [0 \9 j' r4 f, x/ R: D
Fig16：R&N@AC264V/50Hz,15V3A 100%load
" _* t; H) w3 l2 [1 i D9 {* \/ V
Fig17：R&N@ AC90V/60Hz,20V2.25A no load
A4 J3 ]3 I# ~% m! g( D. Y
Fig18：R&N@AC90V/60Hz,20V2.25A 100%load
* K7 B' |9 q+ v& g# V7 M+ [/ m. `. J
Fig19：R&N@ AC264V/50Hz,20V2.25Ano load 1 t0 b/ w% V" l/ Q; W Y3 e+ B
Fig20：R&N@AC264V/50Hz,20V2.25A100%load
8 X& u" o6 `: J! y, L4.3、保护功能：. r, l% m6 ]( }( B; K- k( m7 Y
. G( F8 D3 a6 }' b4 w
以下测试过流保护、短路保护功能。, u& e( f% {2 G u/ G% J7 S# Q
; {3 H+ g0 `) v* T( G; P8 }
4.3.1、过流保护：; |/ } d6 G' I! Y8 c" c( c# b
3 i {% N S: f. C0 @
4.3.2 短路保护：功率计限流电流为2.5A' t5 S0 z( K8 x! a/ o
4.4、动态测试：, B) z4 u( F# [: Q
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。
* Y6 x2 i. ^3 F6 W$ b* Y
6 p; Y5 L# R' R! t2 k* P1 W! d) C6 t
Fig21：AC90V/60Hz,5V3A $ i* ?4 _! Z0 `, j4 w' F
" E3 k: _% u3 k" U3 t. S5 y
Fig22：AC264V/60Hz,5V3A + W7 ]6 I4 _8 P- V
Fig23：AC90V/60Hz,9V3A ) o5 j4 [- O# K
Fig24：AC264V/50Hz,9V3A 1 M2 e! k% P# d' v* ~
Fig25：AC90V/60Hz,12V3A * ]& \9 v3 x1 r# f
Fig26：AC264V/50Hz,12V3A
! L Q8 J' [2 q& d+ l4 ~Fig27：AC90V/60Hz,15V3A " d1 Z' D3 P, d7 q6 i* M
Fig28：AC264V/50Hz,15V3A & H4 w4 C0 T3 ?9 b6 \* `4 {
Fig29：AC90V/60Hz,20V2.25A " V( b$ T+ C G6 [5 Q) H6 f
Fig30：AC264V/50Hz,20V2.25A 1 z5 O* [! A- u3 v& ?. ?
4.5、系统延时时间测试
( o$ X% O/ _4 J
* E" W9 s- m0 C: c注：AC 端（绿色）、VO 输出端（蓝色）波形图。
3 V) F7 k4 @+ i) a" w! a
8 M, e. y g$ n+ z% f$ q6 f5 C( j* }* S4 Z7 G
TON_DELAY @ AC100V，100% Load ' Z" K2 P/ k: A$ n' y
TON_DELAY @ AC240V，100% Load : r4 M% J- s" ]0 F/ ~1 i! W2 B
TON_DELAY @ AC100V，100% Load ; ~9 G1 M3 o- X
TON_DELAY @ AC240V，100% Load " ]* ~/ q9 |4 z# {6 ?
VOVER_SHORT @ AC100V，No Load
5 B6 a f. b7 |& ?' L8 M/ X9 j" U& a' aVOVER_SHORT @ AC240V，No Load 0 Y; l ]/ W3 g
/ j3 ]4 M# ~9 {9 L& F
05、其它重要波形测试! [2 f7 c7 W& ~
. F& D3 i+ X" \9 R/ D2 PDRAIN（绿）端、CS（蓝色）端波形图：
: H9 E7 M( V- l3 Z1 m
, n% J7 K0 h& \# [" w+ z: WAC90/60Hz，20V2.25A 100% Load
+ [, j4 }) |! d" x4 U3 }. iAC115/60Hz，20V2.25A 100% load - ?1 p+ I2 v7 X) A4 | X* S. Z' U
AC230/50Hz，20V2.25A 100% load
& j8 P9 g% w/ l) A8 t: nAC264/50Hz，20V2.25A 100% load - w" p5 l C9 d- {% L9 n
AC115/60Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds
~: o" B& ], a! bAC264/50Hz，20V2.25A 100% load 输出Vds
% H+ e$ r% W9 X4 d% V. y
& ]' r. b8 T1 \$ k06、EMI 评估测试
" {. V3 S% f7 `
& d8 [0 I1 }/ N4 y5 e9 Z' X- d- b6.1、测试条件：" r1 H* T! @! [, H0 K$ B2 n
输入：230VAC50Hz；) Q& g4 ?# z* ]* l8 o0 i! k
输出：20V2.25A；
$ }( h7 \4 }: C2 }负载类型：电阻，限值标准参考：EN55013、EN55022B
; M2 J E' K" z& @传导L 线测试PK+AV 5 X8 \- s1 i3 x9 n
传导N 线测试PK+AV # W) S0 u3 q3 F( m8 `9 T7 l
辐射测试PK+AV
- [9 q$ P: }& j. |4 y8 k' J1 ]0 H7 e% w4 ^
6.2
; Y: h- l6 i- Q4 l! S输入：110VAC50Hz；
3 r8 G2 y8 k1 J输出：20V2.25A；
: @( ~- q& i' \+ h& C负载类型：电阻输出低接大地，限值标准参考：EN55013、EN55022B" {9 f# b5 |, U V% }& w
' e6 s$ T8 U$ K
传导L 线测试PK+AV * j; C6 |- }- i) H. q
传导N 线测试PK+AV 8 V$ W' o: d6 M
辐射测试PK+AV
. ?0 Q+ L) u( B8 R2 D ?4 k |
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